- Pfauenfedern können nach mehrmaligem Färben Laserlicht emittieren. Die intensiven Farben von Pfauenfedern und Schmetterlingsflügeln resultieren aus ihrer speziellen Struktur, nicht aus Pigmenten. Die regelmäßigen, periodischen Nanostrukturen in Pfauenfedern erzeugen schillernde Farben durch photonic crystals. Ein tieferes Verständnis dieser Strukturen könnte zur Entwicklung innovativer Materialien führen, wie schillernde Fenster oder wasserdichte Textilien. Laseremission in Pfauenfedern könnte auf Proteinkügelchen oder ähnliche Strukturen innerhalb der Federn beruhen.
Pfauenfedern werden seit jeher für ihre leuchtend schillernden Farben bewundert. Eine neue Erkenntnis zeigt nun, dass diese Federn auch Laserlicht emittieren können, wenn sie mehrmals gefärbt werden. Diese Entdeckung stellt, laut einer kürzlich in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlichten Studie, den ersten biolaserartigen Hohlraum im Tierreich dar. Faszinierenderweise stammen die intensiven Farben von Pfauenfedern, Schmetterlingsflügeln und anderen ähnlichen Objekten nicht von Pigmenten. Vielmehr sind sie das Ergebnis ihrer besonderen Struktur. Bei Schmetterlingsflügeln beispielsweise liegen die Chitin-Schuppen dachziegelartig angeordnet. Diese Strukturen führen zu photonic crystals, die nur bestimmte Lichtwellenlängen reflektieren, während ein Beugungsgitter das gesamte Spektrum zeigen kann, ähnlich wie ein Prisma.
Im Falle der Pfauenfedern sind es die regelmäßigen, periodischen Nanostrukturen – faserähnliche Komponenten aus angeordneten Melaninstäben, die mit Keratin umhüllt sind – die für die schillernden Farben sorgen. Abhängig vom Abstand der Barbulae erscheinen unterschiedliche Farben. Diese Erscheinungen sind natürliche Beispiele für sogenannte photonic bandgap materials. Photonic crystals, die unter diese Kategorie fallen, sind “justierbar”. Durch Ändern der Strukturen können sie auf verschiedene Lichtwellenlängen reagieren. Besonders bemerkenswert ist, dass die Farbwirkung unabhängig vom Betrachtungswinkel gleich bleibt. Die Schuppen erfüllen nicht nur ästhetische Zwecke; sie bieten dem Insekt Schutz vor äußeren Einflüssen.
Fotone und ihre Anwendungen
Ein tiefergehendes Verständnis darüber, wie solche Strukturen in der Natur wachsen, könnte Wissenschaftlern helfen, Materialien mit ähnlichen Eigenschaften zu entwickeln. Dazu könnte die Schaffung von schillernden Fenstern, selbstreinigenden Oberflächen für Autos und Gebäude oder sogar wasserdichten Textilien zählen. Papiergeld könnte mit verschlüsselten Muster versehen werden, um Fälschern das Handwerk zu legen. Zuvor gab es bereits Beispiele von Laseremissionen in unterschiedlichen Materialien, von bemaltem Glas bis hin zu verschiedenen Kristallen. Die Autoren der jüngsten Studie wollten untersuchen, ob sie ähnliche Laseremissionen bei Pfauenfedern erzeugen können und dabei den spezifischen Mechanismus identifizieren.
Es war nicht schwierig, an Pfauenfedern zu gelangen, da diese für Dekorationszwecke und im Kunsthandwerk beliebt sind. Die Forscher sorgten dafür, dass keine der verwendeten Federn Verunreinigungen aufwiesen. Sie schnitten überschüssige Längen ab und montierten die Federn auf einem absorptionsfähigen Substrat. Anschließend wurden die Federn mehrfach mit Farbstoffen benetzt. Die auf diese Weise vorbereiteten Federn wurden dann mit Lichtpulsen gereizt, um etwaige Emissionen zu messen. Interessanterweise wurde Laseremission in zwei unterschiedlichen Wellenlängen verzeichnet.
Zukünftige Perspektiven
Ein maximaler Effekt wurde in den grünen Farbregionen der Federnaugen erzielt. Es zeigten jedoch nur solche Federn Laseremission, die mehrmalig gefärbt und getrocknet wurden. Dies könnte mit einer besseren Diffusion der Farbstoffe in die Barbulae zusammenhängen, aber auch mit einer möglichen Auflockerung der Fibrillen im Keratinmantel. Die genaue Mikrostruktur, die für das Lasern verantwortlich ist, konnte nicht identifiziert werden. Es scheint jedoch nicht mit den melaninhaltigen Stäben zusammenzuhängen. Nathan Dawson von der Florida Polytechnic University vermutet, dass Proteinkügelchen oder ähnliche kleine Strukturen innerhalb der Federn als Laser-Hohlraum dienen könnten. Seine Arbeit könnte dereinst biokompatible Laser hervorbringen, die sich für medizinische Anwendungen im menschlichen Körper eignen.
