Björklöv och jordnötter förvandlas till avancerad laserteknik

Resultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nanophotonics och visar hur en så kallad random laser kan framställas helt av biologiskt material.

– Vår studie visar att det går att tillverka avancerad optisk teknik på ett enkelt sätt med enbart lokalt, förnybart material, säger Jia Wang, universitetslektor vid Institutionen för fysik, Umeå universitet, och en av studiens författare.

En random laser är en typ av laserljus sprids många gånger i ett oordnat innan det kommer ut som ett material med stråle. Tekniken har stor potential för bland annat medicinsk avbildning och för att upptäcka sjukdomar i ett tidigt skede, och har därför rönt stor uppmärksamhet inom forskningen. Men sådana lasrar innehåller idag ofta material som är giftiga, dyra eller komplicerade att tillverka.

Kolprickar av björklöv

Jia Wang och hennes kollegor skapade sin laser med hjälp av två vanliga naturmaterial: björklöv och jordnötskärnor. Av björklöven tillverkade de kolprickar på nanometerskala som fungerar som förstärkningsmedium, och jordnötterna skars i små kuber, vars grova och ojämna ytor hjälper till att fånga och sprida ljuset.

Själva lasern drivs fortfarande av en extern ljuskälla, men de funktionella delarna som sprider och förstärker ljuset är helt framställda av biomaterial.

– Tillverkningen av kolprickarna är enkel, i princip en tryckkokningsprocess i ett steg. Istället för att använda komplicerad teknik, gör jordnötskärnans naturliga mikrostruktur jobbet på egen hand, säger Jia Wang.

Kan vidareutvecklas till optisk tagg

Forskarna testade hur mycket energi som krävdes för att få lasern att sända ut ljus, och resultatet visade att den fungerar som bra som konstgjort framställda lasrar.

– Potentialen hos den här biomaterialbaserade random lasern sträcker sig längre än till biomedicinska tillämpningar. Tack vare sin låga kostnad, förnybarhet och säkerhet skulle den också kunna utvecklas till en optisk tagg som kan användas för att verifiera äkthet hos värdefulla dokument, lyxvaror och elektroniska produkter, säger Jia Wang.

Jia Wangs forskargrupp har länge jobbat med att utnyttja lokala, förnybara resurser till ny teknik. För två år sedan publicerade de en studie som visade hur björklöv, plockade på Umeå universitets campus, kan användas för att tillverka organiska halvledare som bland annat finns i tunna tv- och mobiltelefonskärmar.

Om slumpmässig lasrar

Random lasrar är lovande för medicinsk avbildning och tidig sjukdomsdiagnostik eftersom de kan ge ifrån sig intensivt men diffust ljus som tränger in i vävnad utan att skada den. Till skillnad från vanliga lasrar, som sänder ut ljus i en mycket smal och riktad stråle, sprider och random laser sitter ljus i många riktningar. Det gör att den kan belysa biologiska prover mer jämnt och ge detaljerad information om strukturer inuti vävnaden.

Det finns några få tidigare studier med random lasrar gjorda av biologiskt material, till exempel pärlemorskal eller korallskelett kombinerat med klorofyll.

Vetenskaplig studie:

Zhihao Huang, Henry Opoku, Jiong Liu, Zefeng Wu, Junkai Ren, Wenfei Zhang och Jia Wang, Biomaterialbaserade slumpmässiga lasrar framställda från jordnötskärnor dopade med kolprickar härledda från björklöv . Nanophotonics, De Gruyter Brill, september 2025. Läs hela artikeln.

Källa: Umeå universitet .