پرهای طاووس به دلیل رنگ‌های درخشان و چشمگیرشان شناخته می‌شوند. اما مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که این پرها می‌توانند پس از آغشته شدن به یک رنگ رایج و تحریک با پالس نور سبز، نور لیزری نیز منتشر کنند.
نتایج اولیه آزمایش
دو خط باریک تابش در طول موج‌های 574 و 583 نانومتر مشاهده شدند که نشانه‌ای واضح از لیزر واقعی است، نه صرفاً درخشش معمولی.
تیم تحقیقاتی پرها را چندین بار با محلول رودامین 6G خیس و خشک کرد و سپس با نور سبز 532 نانومتری تحریک نمود تا این اثر را ایجاد کند.
قسمت‌های سبز لکه چشمی پر طاووس قوی‌ترین سیگنال را تولید کردند، در حالی که همان خطوط لیزری در مناطق زرد و قهوه‌ای نیز مشاهده شدند.
چرا پرهای طاووس لیزر تولید می‌کنند؟
دکتر نیتن جی. داوسون از دانشگاه پلی‌تکنیک فلوریدا می‌گوید:
«من همیشه فکر می‌کنم که بسیاری از پیشرفت‌های فناوری که به انسان‌ها سود می‌رسانند، در طبیعت و طی فرآیند تکامل پیش‌تر توسعه یافته‌اند.»
این یافته‌ها راه‌های جدیدی برای بررسی ساختارهای ریز در مواد زیستی پیچیده ارائه می‌دهند و نوید توسعه منابع نوری ایمن برای بافت‌های زنده در حسگرها و تصویربرداری‌های پزشکی را می‌دهند.
مفهوم بیولیزر
بیولیزر به لیزری گفته می‌شود که از مواد زیستی به عنوان بخشی از ساختار خود استفاده می‌کند. با این حال، همچنان به ماده فعال‌کننده، ساختار بازخورد و انرژی کافی برای عبور از آستانه لیزر نیاز دارد. در این مطالعه، رنگ رودامین نقش ماده فعال‌کننده را داشت و ساختارهای میکروسکوپی داخل پرها به‌عنوان رزوناتور عمل کردند.
چرا رنگ‌های طاووس خاص هستند؟
رنگ‌های لکه چشمی طاووس حاصل رنگدانه‌های معمولی نیستند، بلکه از یک کریستال فوتونیک ساخته شده از میله‌های ملانین درون کراتین ایجاد می‌شوند که طول موج‌های خاصی را بازتاب می‌دهند. این ساختار نانومتری در بسیاری از پرندگان مشترک است و روند تکامل آن شناخته شده است. نازک شدن لایه‌های ملانین طی گونه‌های مختلف، طیف گسترده‌تری از رنگ‌های درخشان ایجاد می‌کند.
با این حال، برای تولید لیزر، نیاز به اضافه کردن رنگ و چرخه‌های مکرر خیس و خشک کردن بود. این فرآیند کمک می‌کند رنگ به داخل ساختار پر نفوذ کند و فیبریل‌های پروتئینی را کمی آزادتر کند.
چگونه یک لیزر پر طاووس بسازیم؟
- برش بخش‌های تزئینی پر طاووس
- نصب ناحیه لکه چشمی روی پایه جاذب
- آغشته کردن سطح با محلول رودامین 6G در آب و اتانول
- خشک کردن و تکرار این فرآیند چندین بار
- پمپاژ نمونه با پالس‌های 532 نانومتری و ثبت طیف خروجی
نتایج نشان داد که خطوط لیزری تنها پس از چندین چرخه خیس و خشک ظاهر شدند، نه پس از یک بار رنگ‌آمیزی.
آنچه آزمایش‌ها نشان دادند
دو پیک باریک در محدوده زرد-نارنجی با طول موج‌های 574 و 583 نانومتر مشاهده شدند. این طول موج‌ها در مناطق مختلف لکه چشمی و در پرهای متفاوت یکسان بودند.
آستانه تولید لیزر در ناحیه قهوه‌ای حدود 380 میکروژول بر میلی‌متر مربع و در ناحیه زرد حدود 290 میکروژول بر میلی‌متر مربع بود. ناحیه سبز بیشترین شدت تابش را داشت که با باند جذب و انتشار رنگ و ساختار محلی پر همخوانی دارد.
تفاوت با لیزرهای تصادفی
در بسیاری از نمونه‌های زیستی، لیزر بدون کاواک مشخص هم ممکن است. لیزر تصادفی از مسیرهای پراکندگی متعدد برای بازخورد استفاده می‌کند و طیف آن نسبت به تغییرات کوچک بسیار حساس است. اما پر طاووس رفتار متفاوتی دارد. تکرار دو طول موج یکسان در بخش‌ها و نمونه‌های مختلف پر، ویژگی لیزر تصادفی نیست.
پژوهش‌های پیشین نشان داده‌اند که پرهای طوطی با روش مشابه، لیزر تصادفی تولید می‌کنند. اما در طاووس، این فرآیند منجر به الگوهای ثابت و قابل‌تکرار شد که نشان‌دهنده وجود رزونانس‌های ساختاری داخلی است.
مکانیسم کاواک لیزری در پر طاووس
مطالعه حاضر نشان داد که شبکه فوتونیک تعیین‌کننده رنگ به‌تنهایی بازخورد لازم را فراهم نمی‌کند. در عوض، ساختارهای کوچک و تکرارشونده داخل پر احتمالاً به‌عنوان رزونانس‌های نوری عمل می‌کنند. این ساختارها می‌توانند گرانول‌های پروتئینی، کریستال‌های ریز رنگ یا عناصر مزوسکاپیک باشند که در فرآیند خیس و خشک آشکار یا شکل گرفته‌اند.
کاربردها و آینده پژوهش
این کشف می‌تواند راهی برای بررسی نظم پنهان در بافت‌های زیستی باشد و در آینده به توسعه ابزارهای حسگر و تصویربرداری با توان کم در بافت‌های زنده کمک کند. پژوهش‌های آتی باید دقیق‌تر مشخص کنند که کدام ساختارها مسئول این رفتار هستند و چگونه می‌توان با تغییر شرایط آنها را تنظیم کرد.
منبع: این مطالعه در ژورنال Scientific Reports منتشر شده است.
نظر شما چیست؟ آیا این کشف می‌تواند راه را برای حسگرهای زیستی ایمن باز کند؟ دیدگاه خود را در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید.
