Le piume del pavone sono meravigliose. Possono anche emettere raggi laser

Le piume di pavone sono molto ammirate per i loro brillanti colori iridescenti, ma a quanto pare possono anche emettere luce laser se tinte più volte, secondo un articolo pubblicato sulla rivista Scientific Reports. Secondo gli autori, si tratta del primo esempio di cavità biolaser nel regno animale.

Come riportato in precedenza , i colori brillanti e iridescenti di oggetti come le piume di pavone e le ali di farfalla non derivano da molecole di pigmento, ma dalla loro struttura. Le scaglie di chitina (un polisaccaride comune negli insetti) nelle ali di farfalla, ad esempio, sono disposte come tegole. In sostanza, formano un reticolo di diffrazione , con la differenza che i cristalli fotonici producono solo determinati colori, o lunghezze d'onda, della luce, mentre un reticolo di diffrazione produce l'intero spettro, proprio come un prisma.

Nel caso delle piume di pavone, sono le nanostrutture regolari e periodiche delle barbule – componenti fibrose composte da bastoncini di melanina ordinati e rivestiti di cheratina – a produrre i colori iridescenti. Colori diversi corrispondono a una diversa spaziatura tra le barbule.

Entrambi sono esempi naturali di ciò che i fisici chiamano cristalli fotonici . Noti anche come materiali a bandgap fotonico, i cristalli fotonici sono "sintonizzabili", il che significa che sono ordinati con precisione in modo da bloccare determinate lunghezze d'onda della luce lasciandone passare altre. Modificando la struttura modificando le dimensioni delle tessere, i cristalli diventano sensibili a una diversa lunghezza d'onda. (Infatti, il punteruolo arcobaleno può controllare sia le dimensioni delle sue squame sia la quantità di chitina utilizzata per regolare finemente quei colori secondo necessità.)

Ancora meglio (dal punto di vista applicativo), la percezione del colore non dipende dall'angolo di visione. E le scale non servono solo per l'estetica: aiutano a proteggere l'insetto dagli elementi. Esistono diversi tipi di cristalli fotonici artificiali , ma acquisire una comprensione migliore e più dettagliata di come queste strutture crescono in natura potrebbe aiutare gli scienziati a progettare nuovi materiali con qualità simili, come finestre iridescenti, superfici autopulenti per auto ed edifici o persino tessuti impermeabili. La carta moneta potrebbe incorporare motivi iridescenti criptati per sventare i falsari.

In passato, sono stati riscontrati esempi di emissioni laser casuali in qualsiasi cosa, dalle ossa bovine macchiate agli scheletri di corallo blu , dalle ali degli insetti alle piume dei pappagalli , dai tessuti umani agli iridifori dei salmoni . Gli autori di questo studio più recente erano interessati a verificare se fosse possibile produrre emissioni laser simili utilizzando piume di pavone e, auspicabilmente, identificare il meccanismo specifico.

Non è stato difficile ottenere le piume di pavone, data la loro popolarità per scopi decorativi e artistici, ma gli autori si sono assicurati che nessuna delle piume utilizzate nei loro esperimenti contenesse impurità (come coloranti). Hanno tagliato via le punte in eccesso e hanno montato le piume su un substrato assorbente. Hanno quindi infuso le piume con coloranti comuni pipettando la soluzione colorante direttamente su di esse e lasciandole asciugare. In alcuni casi, le piume sono state colorate più volte. Quindi hanno pompato i campioni con impulsi di luce e misurato le emissioni risultanti.

Il team ha osservato emissioni laser in due distinte lunghezze d'onda per tutte le regioni colorate degli ocelli delle piume, con le regioni di colore verde che emettevano la luce laser più intensa. Tuttavia, non hanno osservato alcuna emissione laser da piume colorate una sola volta, ma solo da campioni di piume sottoposti a più cicli di bagnatura e asciugatura completa. Ciò è probabilmente dovuto alla migliore diffusione sia del colorante che del solvente nelle barbule, nonché a un possibile allentamento delle fibrille nella guaina cheratinica.

Gli autori non sono stati in grado di identificare le precise microstrutture responsabili dell'emissione laser; non sembra essere dovuta ai bastoncelli di melatonina rivestiti di cheratina. Il coautore Nathan Dawson della Florida Polytechnic University ha suggerito a Science che i granuli proteici o piccole strutture simili all'interno delle piume potrebbero funzionare come cavità laser. Lui e il suo collega ritengono che un giorno il loro lavoro potrebbe portare allo sviluppo di laser biocompatibili che potrebbero essere inseriti in modo sicuro nel corpo umano per scopi di rilevamento, imaging e terapia.

Questa storia è apparsa originariamente su Ars Technica .