Физики из Университета Умео в сотрудничестве с исследователями из Китая разработали лазер, полностью изготовленный из биоматериалов — берёзовых листьев и ядер арахиса. Экологически чистый лазер может стать недорогим и доступным инструментом для медицинской диагностики и визуализации.
Исследование было [опубликовано](https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.1515/nanoph-2025-0312/html) в журнале Nanophotonics и показывает, как так называемый случайный лазер можно полностью изготовить из биологических материалов.
«Наше исследование показывает, что можно просто и эффективно создавать передовые оптические технологии, используя только местные возобновляемые материалы», — говорит Цзя Ван, доцент кафедры физики Университета Умео и один из авторов исследования.
Случайный лазер — это тип лазера, в котором свет многократно рассеивается внутри неупорядоченного материала, прежде чем выйти в виде сфокусированного луча. Он имеет большие перспективы для применения в медицинской визуализации и раннем обнаружении заболеваний, поэтому привлекает значительное внимание исследователей. Однако традиционные материалы для случайных лазеров часто токсичны, дороги и сложны в производстве.
Ван и её коллеги создали свой лазер, используя два распространённых природных материала: берёзовые листья и ядра арахиса. Они изготовили углеродные точки нанометрового размера из берёзовых листьев, которые служат усиливающей средой, и нарезали ядра арахиса на небольшие кубики, шероховатые и неровные поверхности которых помогают улавливать и рассеивать свет.
Вместо сложных технологий естественная микроструктура ядра арахиса выполняет работу сама по себе. Сам лазер по-прежнему питается от внешнего источника света, но функциональные части, которые рассеивают и усиливают свет, изготовлены полностью из биоматериалов.
«Синтез углеродных точек прост и понятен, по сути, это одноступенчатый процесс приготовления под давлением», — объясняет Ван. «Вместо сложных технологий естественная микроструктура ядра арахиса делает всё сама».
Исследователи проверили, сколько энергии требуется, чтобы заставить лазер излучать свет, и результаты показали, что он работает так же хорошо, как и искусственно созданные лазеры.
«Потенциал этого случайного лазера на основе биоматериалов выходит за рамки биовизуализации и диагностики. Учитывая его низкую стоимость, возобновляемость и безопасность, его можно также использовать для создания оптических меток для аутентификации ценных документов, предметов роскоши и электронных устройств», — говорит Ван.
Группа исследователей Вана уже давно работает над использованием местных возобновляемых ресурсов для новых технологий. Два года назад они опубликовали исследование, демонстрирующее, как берёзовые листья, собранные на территории кампуса Университета Умео, можно использовать для производства органических полупроводников — материалов, которые используются в тонких дисплеях телевизоров и мобильных телефонов.
Случайные лазеры перспективны для медицинской визуализации и ранней диагностики заболеваний, поскольку они могут генерировать интенсивный, но рассеянный свет, который проникает в ткани, не вызывая повреждений. В отличие от обычных лазеров, которые излучают свет в узком направленном луче, случайный лазер рассеивает свет во многих направлениях. Это позволяет ему более равномерно освещать биологические образцы и предоставлять подробную информацию о структурах внутри ткани.
Несколько более ранних исследований сообщали о случайных лазерах на основе биоматериалов, полностью состоящих из биологических материалов, таких как раковины морских ушек или коралловые скелеты в сочетании с хлорофиллом.
Предоставлено [Университетом Умео](https://phys.org/partners/umea-university/)