Wenn man die Federn von Krickenten und anderen Vögeln anschaut, kann man verschiedene kräftige Farben darin erkennen. Blau und Grün zum Beispiel.

"Interessanterweise werden diese Farben nicht durch Pigmente hervorgerufen. Es handelt sich vielmehr um strukturell erzeugte Farben. Das ist das gleiche wie bei einer Seifenblase, die in allen möglichen Farben schillert. Rot, grün, blau. Das sind alles strukturelle Farben."

Ali Dhinojwala ist Chemiker an der Akron University im US-Bundesstaat Ohio. Gemeinsam mit Kollegen hat er sich zur Aufgabe gemacht, die Entstehungsweise der Farben von Vogelfedern genauer aufzuklären. Den Erkenntnissen nach sind dafür feinste Strukturen aus Melanin im Nanoformat verantwortlich. Sie sorgen dafür, dass von der Oberfläche nur Lichtanteile einer bestimmten Wellenlänge, also einer bestimmten Farbe reflektiert werden.

"Melanin ist ein Pigment, das auch in unseren Haaren und unserer Haut vorkommt. Als Pigment erscheint es schwarz und es hilft, unsere Haut vor UV-Strahlung zu schützen. Aber man kann Melanin auch auf ganz andere Weise einsetzen, um andere Farben zu erzeugen."
Untersuchungen mit dem Elektronenmikroskop zeigten: Damit die Federn farbig erscheinen, sind darin feinste Melaninpartikel in regelmäßigen Abständen eingebettet. Die Distanz der Partikel zueinander bestimmt dabei, welche Farbe davon ausgeht.

Die Forscher haben eine Möglichkeit gefunden, ähnliche Strukturen synthetisch im Labor herzustellen.

"In unserer Kollaboration mit der Northwestern University und der Universität von Ghent geht es um die Frage, wie man synthetisches Melanin nutzen kann, um strukturelle Farben zu erzeugen. Wir haben ein simples Verfahren entwickelt, wie sich die Melaninpartikel selbst organisieren können. Wir müssen dabei nur noch die Abstände der Partikel zueinander kontrollieren, um die Farbe festzulegen."

Die Wissenschaftler nutzen Melaninpartikel im Nanoformat, die mit einer dünnen Schicht aus lichtdurchlässigem Silizium überzogen sind. Die Teilchen werden in Wasser gelöst und dann mit Öl verrührt. So bildet sich eine Emulsion, in der sich die Melaninpartikel von selbst in kleinen Tröpfchen zusammenrotten. Man kann sie ausfiltern und trocknen. Übrig bleiben kleine kugelförmige Pigmente, die ihre Farbe allein der inneren Nano-Struktur verdanken - beziehungsweise der Distanz der enthaltenen Partikel zueinander. Die Siliziumhülle des Melanins dient dabei als Abstandshalter. Über ihre Dicke lässt sich genau einstellen, ob die neuartigen Pigmente am Ende blau, rot, grün oder in einer beliebigen anderen Farbe erscheinen.

Ali Dhinojwala glaubt, dass solche Strukturfarbpigmente, die er "photonische Suprabälle" nennt, eines Tages eine breite Anwendung finden könnten.

"Man stelle sich alle Arten von Farben vor, von blau bis rot, aber ohne den Einsatz von organischen Pigmenten. Das könnte verändern, wie wir Farben nutzen. Wir denken da an Kosmetika, an Wandfarben, Nahrungsmittelfarben. All das wäre jetzt möglich auf Basis von Melanin."

Strukturfarben bieten den Vorteil, sehr kräftige Farben zu liefern und nicht mit der Zeit auszubleichen, da sich ihre grundlegende physikalische Struktur unter Lichteinfluss nicht verändert. Da Melanin von Natur aus auch im menschlichen Körper vorkommt, wären die daraus aufgebauten Strukturfarbpigmente zudem vermutlich auch nicht toxisch - anders als viele organische Farbstoffe. Bis zur Massenproduktion von Strukturfarben auf Basis von Melanin-Nanopartikeln dürften allerdings noch einige Jahre vergehen.