Ученые создали лазер из березовых листьев и арахиса

Сверху: Биоматериальный случайный лазер в активном состоянии. Снизу: Тот же лазер при дневном свете. Автор: Чжихао Хуан

Физики из Университета Умео в сотрудничестве с исследователями из Китая разработали лазер, полностью состоящий из биоматериалов — березовых листьев и ядер арахиса. Этот экологически чистый лазер может стать недорогим и доступным инструментом для медицинской диагностики и визуализации.

Исследование было опубликовано в журнале Nanophotonics и демонстрирует, как так называемый случайный лазер можно создать исключительно из биологических материалов.

«Наше исследование показывает, что можно создавать передовые оптические технологии простым способом, 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 очень перспективен для таких применений, как медицинская визуализация и раннее обнаружение заболеваний, и поэтому привлек значительное внимание исследователей. Однако материалы для обычных случайных лазеров часто токсичны, дороги и сложны в производстве.

Углеродные точки из березовых листьев

Ван и ее коллеги создали свой лазер, используя два распространенных природных материала: березовые листья и ядра арахиса. Они изготовили наноразмерные углеродные точки из березовых листьев, которые служат усиливающей средой, и нарезали ядра арахиса на маленькие кубики, чья шероховатая и неправильная поверхность помогает улавливать и рассеивать свет.

«Синтез углеродных точек прост и понятен, по сути, это одноэтапный процесс приготовления под давлением, — объясняет Ван. — Естественная микроструктура ядра арахиса сама выполняет свою работу, без необходимости в сложных технологиях».

Сам лазер по-прежнему питается от внешнего источника света, но функциональные части, которые рассеивают и усиливают свет, полностью изготовлены из биоматериалов.

Может быть преобразован в оптическую метку

Исследователи протестировали, сколько энергии требуется для того, чтобы лазер начал 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. Благодаря низкой стоимости, возобновляемости и безопасности, его также можно разработать в качестве оптической метки для аутентификации ценных документов, предметов роскоши и электронных устройств», — говорит Ван.

Исследовательская группа Ван уже давно работает над использованием местных возобновляемых ресурсов для новых технологий. Два года назад они опубликовали исследование, демонстрирующее, как березовые листья, собранные на территории кампуса Университета Умео, можно использовать для производства органических полупроводников — материалов, используемых в тонких дисплеях телевизоров и мобильных телефонов.

О случайных лазерах

Случайные лазеры перспективны для медицинской визуализации и ранней диагностики заболеваний, поскольку они могут производить интенсивный, но рассеянный свет, который проникает в ткани, не причиняя им вреда. В отличие от обычных лазеров, которые излучают свет узким направленным лучом, 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.

Больше информации: Zhihao Huang et al, Biomaterial-based random lasers achieved from peanut kernel doped with birch leaf–derived carbon dots, Nanophotonics (2025). DOI: 10.1515/nanoph-2025-0312

Источник: Umea University