Mi a közös a szentjánosbogarakban, a nanorudakban és a karácsonyi izzókban? Ma még nem túl sok, de egy nap elképzelhető, hogy a felsoroltak összeházasításával olyan izzósort vásárolhatunk, ami elektromos áram nélkül ragyogja be az ünnepet.

A Syracuse Egyetem tudósai új módszert dolgoztak ki a szentjánosbogarak természetes fényének, tudományos nevén a biolumineszcencia hasznosítására. Áttörésük 20-30-szor hatékonyabb rendszert eredményezhet az eddigi kísérletekben használtaknál.

Minden a kvantum nanorudak méretén és szerkezetén múlik, kezdte kissé ködösen magyarázatát Matthew Maye, az egyetem Művészetek és Tudományok tanszékének docense. "A szentjánosbogarak fénye a természet egyik legjobb példája a biolumineszcenciára" - mondta. "Ez a fény rendkívül ragyogó és hatékony. A biológia nem biológiai alkalmazásokhoz történő hasznosításának egy új módjára bukkantunk a biológiai és nem biológiai alkotóelemek közötti interfész manipulálásával"

A szentjánosbogarak a luciferin és enzime, a luciferáz közötti kémiai reakcióval hozzák létre fényüket. A luciferin-luciferáz reakciót az igazságügyi orvostan is alkalmazza, ha a vizsgált felületre felvitt luciferin-luciferáz keverék világít, azt jelzi, hogy ott élő organizmus van jelen. Ugyanez a módszer élelmezés-egészségügyi vizsgálatok során is használatos. Maye laboratóriumában az enzimet nanorudak felszínéhez kapcsolták, míg a luciferin, amit később lép be a rendszerbe, üzemanyagként szolgál. Az üzemanyag és az enzim kölcsönhatásakor energia szabadul fel, ami a nanorudaknál fénykibocsátást eredményez. A folyamatot Biolumineszcencia Rezonanciás Energia Átvitelnek, angol kezőbetűik alapján BRET-nek nevezték el.

"A hatékonyság növelésének trükkje az enzim és a rúd felszíne közötti távolság csökkentése, valamint a rúd szerkezetének optimalizálása" - mondta Maye. "Kidolgoztunk egy módszert, amivel kémiai úton közvetlenül csatolhatjuk a genetikailag módosított luciferáz enzimeket a nanorúd felületéhez"

A nanorudak egy kadmium-szulfid külső héjból és egy kadmium-szelenid belső magból áll, mindkét anyag félvezető. A mag méretének és a rúd hosszának egyaránt hatása van a megtermelt fény színére. A laboratóriumban előállított színek nem léteznek a természetben. Maye nanorúdjai zöld, narancs és vörös színben ragyognak, míg a szentjánosbogarak sárgás fényt bocsátanak ki.

A kutatók számos architektúrát leteszteltek, hogy megtalálják a leghatékonyabbat. A befutó egy speciális szerkezet lett, ami infravörös közeli tartományban bocsát ki fényt. Az infravörös fénynek hosszabbak a hullámhosszai, mint a látható fénynek és mint tudjuk az emberi szem számára láthatatlan. Az infravörös megvilágításnak az éjjel látó készülékeknél, távcsöveknél, kameráknál és a gyógyászatban van fontos szerepe.

Maye és munkatársai szentjánosbogár-nanorúdjai csak a laboratóriumukban létezik. További kutatások folynak a kémiai reakció és az energiaátvitel hosszabb időszakokon át történő fenntartásara és a rendszer felnagyítására. Maye meggyőződése, hogy a rendszer nagy ígéret a kémiai energia közvetlenül fénnyé alakítására irányuló jövőbeli technikák számára, amikkel akár a LED-ek alternatívájaként is számolhatunk a jövőben.