Las plumas de pavo real son famosas por sus colores iridiscentes y vibrantes, pero un nuevo estudio revela que también pueden emitir luz láser después de ser empapadas con un tinte común y estimuladas con un pulso verde.
Se observaron dos líneas de emisión estrechas en 574 y 583 nanómetros, una clara señal de verdadera emisión láser y no de un simple brillo. El equipo de investigación humedeció y secó las plumas varias veces con rodamina 6G, y luego las expuso a luz de 532 nanómetros para desencadenar el efecto.
Las partes verdes del ocelo (la mancha en forma de ojo) produjeron la señal más fuerte, mientras que las mismas dos líneas láser también aparecieron en las zonas amarillas y marrones.
¿Láseres a partir de plumas de pavo real?
“Siempre me ha gustado pensar que, para muchos logros tecnológicos que benefician a los humanos, algún organismo en algún lugar ya lo ha desarrollado a través de algún proceso evolutivo”, afirmó Nathan J. Dawson, de la Florida Polytechnic University (FPU).
Estos resultados apuntan a nuevas formas de investigar pequeñas estructuras regulares ocultas dentro de materiales biológicos complejos. También sugieren la posibilidad de futuras fuentes de luz que funcionen de forma segura con tejidos vivos para la detección y la obtención de imágenes.
Un bioláser es un láser que utiliza material biológico como parte del dispositivo. Aún necesita un material de ganancia, una estructura de retroalimentación y suficiente energía de bombeo para superar el umbral de láser. En este caso, la ganancia provino del tinte, y la retroalimentación parece surgir de diminutas estructuras dentro de la pluma. Los autores descartaron las cavidades basadas en espejos convencionales y encontraron que algo dentro de la pluma actúa como un resonador.
¿Por qué los colores del pavo real son especiales?
Los colores del ocelo no provienen únicamente de pigmentos como las pinturas. En los pavos reales, un cristal fotónico de varillas de melanina incrustadas en queratina dentro de cada bárbula establece el tono al reflejar longitudes de onda específicas. Estas nanoestructuras son comunes en las aves, y su evolución está bien documentada. En diferentes especies, el adelgazamiento de las capas de melanina amplía la paleta de colores iridiscentes.
Este legado estructural explica el fuerte color de la pluma, pero la nueva acción láser requirió la adición de un tinte y humedecimientos y secados repetidos. Se cree que este ciclo ayuda a que el tinte y el disolvente se difundan en las bárbulas y aflojen ligeramente las fibrillas proteicas.
Construyendo láseres a partir de plumas de pavo real
Los investigadores recortaron plumas decorativas de pavo real y montaron la región del ocelo sobre una base absorbente. Empaparon la superficie con rodamina 6G en una mezcla de agua y etanol, la secaron y repitieron este paso varias veces. Durante el ciclo final, bombardearon la muestra aún húmeda con pulsos de 532 nanómetros y capturaron el espectro emitido. El procedimiento produjo líneas nítidas solo después de múltiples ciclos de humedecimiento y secado, no después de una sola tinción.
Lo que mostraron los experimentos
Dos picos estrechos emergieron en la región amarillo-naranja, centrados en 574 y 583 nanómetros. El equipo observó las mismas longitudes de onda en diferentes áreas de color del ocelo. “Las bárbulas impregnadas de tinte se prepararon humedeciendo repetidamente el ocelo con una solución de tinte y dejándolo secar”, explicó Dawson. “Tanto húmedas como después de los ciclos de humedecimiento y secado, en múltiples partes de la misma pluma y en diferentes muestras de plumas, se observó un conjunto altamente conservado de longitudes de onda láser”.
Los umbrales medidos para la línea de 583 nanómetros fueron de aproximadamente 380 microjulios por milímetro cuadrado en la región marrón y de aproximadamente 290 microjulios por milímetro cuadrado en la región amarilla. La región verde proporcionó la emisión más fuerte en relación con el fondo de fluorescencia general. Este comportamiento se correlaciona con las bandas de absorción y emisión del tinte y la estructura local de la pluma.
Diferente de los láseres aleatorios
En muchas muestras biológicas, la emisión láser puede ocurrir sin una cavidad bien definida. Un láser aleatorio utiliza muchas trayectorias de dispersión en un medio desordenado para la retroalimentación, y su espectro es muy sensible a pequeños cambios. La emisión láser aleatoria en tejidos humanos teñidos se ha demostrado con implicaciones diagnósticas.
“Se encontró que el sistema emite luz láser que no puede ser emisión láser aleatoria”, escribió Dawson. La pluma de pavo real se comporta de manera diferente. Las mismas dos longitudes de onda se repiten en diferentes regiones de la pluma y en diferentes muestras, lo que no es típico de los sistemas aleatorios. Investigaciones previas han demostrado láseres a partir de plumas de aves de otras maneras. Las plumas de guacamayo produjeron emisión láser aleatoria cuando las plumas y el tinte se intercalaron entre películas de plástico. El nuevo resultado del pavo real mapea modos láser consistentes dentro de la estructura natural después de la infusión de tinte y el ciclo.
La cavidad láser de la pluma de pavo real
Los autores no encontraron evidencia de que la red fotónica que establece el color proporcione la retroalimentación. Los modos de galería susurrante necesitan estructuras redondas de un tamaño específico, que no aparecen en las bárbulas. En cambio, señalan pequeñas características repetidas que forman muchos resonadores de baja calidad con longitudes ópticas similares. Estos bloques de construcción ocultos podrían ser gránulos de proteínas, nanocristales de tinte u otros elementos a mesoescala creados o revelados por los ciclos de tinción.
El uso de la emisión láser como sonda puede revelar un orden sutil en los tejidos complejos. Las líneas espectrales estables que se repiten en una muestra sugieren microestructuras recurrentes que son difíciles de detectar solo con imágenes. Este tipo de huella óptica podría ayudar a caracterizar materiales biocompatibles e, incluso, informar sobre sensores o herramientas de imagen que funcionen con una potencia mínima en sistemas vivos. Se necesitará más investigación para identificar las estructuras exactas y comprender cómo los pasos de procesamiento las ajustan.
El estudio se publicó en Scientific Reports.
