Pigmentstrukturen

Pigmentstrukturen beziehen sich auf die Molekül- und supramolekularen Anordnungen von Pigmenten, die Licht absorbieren, reflektieren oder übertragen. Pigmente treten als Farbstoffe oder als Bestandteil pigmentierter Gewebe auf und erfüllen zentrale Funktionen in Photosynthese, Licht- und Farbwahrnehmung sowie in Tarnung oder Signalgebung. Die sichtbare Farbe ergibt sich aus der Wellenlänge des Lichts, das vom Pigment nicht absorbiert wird.

Molekulare Pigmentstrukturen umfassen konjugierte Systemen wie Chlorophyll und Carotinoide. Chlorophyll enthält einen Porphyrinring mit einem zentralen Magnesiumion, während Carotinoide lineare oder ringförmige Polyene bilden. In Tieren ist Melanin ein häufiges Pigment, dessen Menge, Verteilung und Polymerisationszustand Haut- und Haarfarbe bestimmt. Pigmentstrukturen können auch in Form von metallzentrierten Komplexen auftreten, die zusätzliche Absorptionsspektren liefern.

Photopigmente in Sinneszellen der Netzhaut sind spezialisierte Pigmentstrukturen: Rhodopsin in Stäbchen und Photopsine in Zapfen bestehen aus Proteinen (Opsin) und einem lichtempfindlichen Retinal. Lichtabsorption führt zu chemischen Veränderungen, die in neuronale Signale umgewandelt werden und so das Sehen ermöglichen.

Strukturelle Farben entstehen durch Mikro- und Nanostrukturen, die Licht interferenz- oder Streuungseffekte erzeugen, unabhängig von Pigmentmolekülen. Pigmentbasierte Farben und strukturelle Farben können kombiniert auftreten und tragen zu Warn-, Tarn- oder Kommunikationsmustern in der Natur bei.

Die Untersuchung von Pigmentstrukturen umfasst Chemie, Biologie, Optik und Materialwissenschaft und findet Anwendungen in Medizin, Restaurierung, Sensorik und Umweltforschung.