Die Stacheln eines im Meer lebenden Borstenwurms (Aphrodite aculeata) haben australische und britische Physiker als ideales Vorbild für zukünftige Glasfaser-Leitungen und Photonen-Filter entdeckt. Die besondere Struktur der Protein-Stacheln nutzt einfallendes Licht mit beinah hundertprozentiger Effizienz und lassen heutige, vom Menschen hergestellte Lichtleiter damit weit hinter sich. Im normalen Streulicht wirken die Stacheln tiefrot, eine Warnfarbe gegen Fressfeinde. Fällt allerdings Licht senkrecht zu ihrer Achse ein, so erscheinen Streifen in satten Blau- und Grüntönen .
“Obwohl die photonischen Eigenschaften der Stacheln elegant und ausgeklügelt sind, ist ihr Aufbau schlicht”, erklärt Andrew Parker von der Oxford University: “Das Tier produziert das Stachelmaterial auf einfachst mögliche Weise, so wie eine Seidenraupe Seide produziert.” Parkers Team hatte die Materialstruktur unter Leitung von Ross McPhedran von der University of Sydney näher unter die Lupe genommen: Die Stacheln bestehen aus zahlreichen hexagonalen Zylindern, die in Schichten zu einer kristallähnlichen Struktur angeordnet sind. Jeder Zylinder misst im Durchmesser nur einen Bruchteil der Wellenlänge von Licht, so der Bericht im Fachblatt Nature. Für die rote Farbe sorgt die exakte Anordnung der Zylinder – dadurch wird die Reflexion in einem engen Bereich dieser Wellenlänge maximiert.
Die effektive Lichtnutzung führen die Forscher auf den Lebensraum des Borstenwurms zurück, der bis in 2000 Metern Meerestiefe zu finden ist: “Unterhalb von wenigen hundert Metern erreicht wenig Licht den Meeresboden”, erklärt Parker, “damit also die Stacheln effektiv sind, müssen sie jedes Fitzelchen vorhandenen Lichts nutzen.” Die Forscher hoffen, nach der Struktur der Borstenwurm-Stachel optische Filter zu produzieren, indem sie Moleküle dazu bringen, sich optimal selbst anzuordnen. Solchen Materialien winken vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in Photonik und Kommunikationstechnologie.
Dörte Saße
