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.
Наносияние

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».

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