По уверению руководителя группы исследователей профессора Мэтью Мэя (Mathew Maye), весь секрет в тщательно подобранном размере и структуре наностержней. «Светлячки — один из самых известных примеров биолюминесценции, — говорит он, — Их свечение исключительно ярко и эффективно. Нам лишь удалось найти новый путь использования живых организмов, манипулируя интерфейсом, связывающим биологические и небиологические компоненты в единую систему».
Наносияние
Зайти в магазин и купить для новогодней елки безэлектрическую гирлянду, которой не нужны ни розетки, ни батарейки. Такая перспектива открывается работой ученых, соединивших нанотехнологии со светлячками.
Чудесная тайна светляков кроется в химическом превращении пигмента люциферина под действием белка люциферазы — окислении кислородом воздуха до оксилюциферина, переход которого из возбужденного в базовое состояние сопровождается выделением энергии. Интересно, что у разных светящихся насекомых люциферин один и тот же, различаются лишь ферменты люциферазы — так что именно разные строения каталитического белка приводят к разным оттенкам свечения.
Эту систему исследователи из команды Мэтью Мэя воспроизвели в лаборатории. Люциферин присоединялся к поверхности наностержней, после чего они погружались в раствор, содержащий люциферин. Энергия, которая выделяется в ходе соответствующей реакции, передается на наностержни, заставляя их светиться.
«Главная тонкость увеличения эффективности системы состоит в минимальном расстоянии от молекул фермента до поверхности наностержней, а также в оптимизированной архитектуре наностержней, — поясняет Мэй, — Мы нашли способ химически прикреплять генетически модифицированную люциферазу непосредственно к поверхности наностержней». Что же до архитектуры наностержней, то они состоят из двух слоев полупроводника — внешней оболочки сульфида кадмия и внутренней основы селенида кадмия.
Манипулируя толщиной слоев и длиной наностержней, можно менять цвет свечения, добиваясь появления оттенков, которых у настоящих светляков встречаться и не может — например, красного и оранжевого. Авторы смогли пойти еще дальше и добиться свечения наностержней в инфракрасном (тепловом) диапазоне, что в перспективе может найти применение в приборах точного видения, телескопах, медицинском оборудовании.
По пресс-релизу Syracuse University