Die kleinsten Regenbögen der Natur
Das interdisziplinäre Team untersuchte dazu die optisch wirksamen Strukturen der Regenbogen-Pfauenspinnen durch Verfahren der Licht- und Elektronenmikroskopie, Hyperspektral-Bildgebung, Scatterometrie sowie durch mathematisch-optische Modelle. Anschließend erstellten die Forscher mithilfe moderner Nano-3D-Druckverfahren verschiedene Prototypen der Spinnen-Nanostrukturen, um ihre Theorien über die Grundlagen der optischen Effekte der Spinnen zu bestätigen.
Ihre Analysen konnten zeigten, dass das intensive Farbspektrum durch die raffiniert strukturierten Schuppen auf dem Hinterleib der Spinnen entsteht: Jede einzelne dieser Einheiten erzeugt demnach einen winzigen Regenbogen. Eine raffinierte 3D-Kontur mit nanoskaligen Beugungsgitterstrukturen macht dies möglich. Das System kann in diesem winzigen Maßstab das Licht in seine einzelnen Wellenlängen auftrennen, ergaben die Analysen.
Potenzial für optische Technologien
Mit den optischen Technologien des Menschen ist eine solche Leistung bisher nicht möglich, betonen die Forscher. “Selbst mit High-End-Fertigungstechniken konnten wir die genauen Strukturen nicht reproduzieren. Ich frage mich, wie die Spinnen diese fantastischen strukturellen Muster überhaupt entwickeln konnten”, sagt Co-Autor Radwanul Hasan Siddique vom California Institute of Technology in Pasadena.
Das bedeutet: Es besteht nun weiterer Forschungsbedarf, denn in dem Naturpatent der Regenbogen-Pfauenspinnen steckt enormes Potenzial, sagen die Wissenschaftler. Das Konzept der super-irisierenden Spinnen-Schuppen könnte ihnen zufolge verwendet werden, um die derzeitigen Beschränkungen bei der Spektralmanipulation des Lichts zu überwinden und die Größe optischer Technologien zu reduzieren. “Wer hätte gedacht, dass so ein kleines Lebewesen ein solch raffiniertes Schillern erzeugen kann, dass es das optische Ingenieurwesen verändern könnte”, resümiert Co-Autor Dimitri Deheyn von der University of California in San Diego.
