Tehnica ar putea deschide noi căi pentru cercetarea în știința materialelor și tehnologia laserului
Tl; dr: Oamenii de știință au fost mult timp fascinați de culorile vibrante și de structurile complexe găsite în penele păsărilor precum Peafowl -ul indian (cunoscut în mod obișnuit sub numele de Peacock). Un nou studiu a aruncat lumină asupra unei proprietăți surprinzătoare a acestor pene iconice de coadă: capacitatea lor de a acționa ca rezonatori laser minusculi atunci când sunt infuzați cu un colorant fluorescent comun.
Cercetările, realizate de cercetători din mai multe universități din SUA și publicate în Nature, și -au propus să exploreze comportamentul barbulelor cu pene de păun – structuri microscopice care ajută la crearea faimoasă a ochilor strălucitori ai păsărilor – atunci când sunt tratate cu colorantul laser Rhodamina 6G. Scopul a fost să stabilească dacă lumina emisă din aceste pene vopsite ar dezvălui idei despre structura biologică de bază și dacă cristalele fotonice colorate din pene în sine ar putea servi drept mecanisme de feedback pentru a produce lumină laser.
Pentru a efectua experimentul, oamenii de știință au obținut pene naturale de păun, le -au tăiat cu atenție pentru a izola zona de ochi și au umezit și uscat în mod repetat regiuni specifice cu o soluție care conține rodamină 6G. Acest colorant este binecunoscut pentru fluorescența sa strălucitoare atunci când este expus la lumină laser verde. Folosind impulsuri de la un laser verde, echipa a luminat penele pregătite și a colectat lumina emisă printr -un sistem de spectrometru specializat.
Rezultatele inițiale au arătat că simpla colorare a penei nu a fost suficientă – emisia cu laser a apărut doar după mai multe cicluri de umectare și uscare. Acest lucru a sugerat că atât colorantul, cât și solventul trebuie să pătrundă profund în barbule și, eventual, să modifice microstructura pentru efectul de a se manifesta.
Când laserul se îndrepta spre diferite părți ale ochilor, indiferent dacă păreau albastru, verde, galben sau maro, cercetătorii au găsit vârfuri ascuțite, consistente de emisie laser, în special la lungimi de undă de 574nm și 583nm. Aceste linii s -au remarcat împotriva fluorescenței mai largi a colorantului și au apărut în toate probele de pene și regiunile de culoare testate, ceea ce indică un efect repetabil și stabil.
Cercetătorii au analizat spectrele de emisie și au descoperit că comportamentul laser observat nu se potrivește cu așteptările pentru așa-numitele lasere aleatorii, care de obicei apar din medii neregulate, extrem de împrăștiate și generează linii de emisie mai puțin previzibile, variabile. În schimb, penele de păun au produs moduri consistente la lungimi de undă specifice, indiferent de culoarea sau structura locală, ceea ce a determinat echipa să concluzioneze că mecanismul de feedback laser nu a fost același cu cel responsabil pentru culorile iridescente ale penelor.
Analiza avansată a liniilor spectrale a sugerat că feedback-ul provine cel mai probabil din structuri mesoscale obișnuite, care persistă în toată ochii, în interiorul barbulelor cu pene, nu din ordonarea cristalului fotonic de lungă durată sau din căile de împrăștiere dispersate aleatoriu. Studiul a exclus explicații alternative, cum ar fi laserele din modul galeriei, care ar necesita cavități circulare precise care nu sunt găsite în mod natural în penele de păun.
Efectul de lasing a necesitat, de asemenea, intensități relativ ridicate ale pompei aproape de sau chiar deasupra, cele găsite în experimente laser aleatorii, dar natura stabilă și repetabilă a emisiilor indică o ordine de bază în microstructura biologică. Rezultatele arată colectiv că materialele policristaline naturale sau eterogene, odată infuzate cu moleculele potrivite și supuse unui tratament adecvat, pot dezvălui regularități ascunse prin emisia cu laser.
Deși aplicațiile practice rămân speculative, rezultatele sugerează o nouă modalitate de a sonda organizarea internă a materialelor biologice complexe prin măsurarea spectrelor lor de emisie cu laser după perfuzia de colorant. Folosind această tehnică, poate deveni posibilă maparea sau caracterizarea motivelor structurale „ascunse”, sau cavitățile, în interiorul penelor și altor țesuturi, deschizând oportunități de cercetare în știința materialelor, biofotonică și tehnologii laser inspirate de bio. De exemplu, Nathan Dawson de la Universitatea Polytechnic din Florida a declarat pentru ARS Technica că cercetarea ar putea ajuta la crearea de lasere sigure și biocompatibile pentru uz intern în corpul uman în sesizare, imagistică și terapie.
