A Syracuse-i Egyetem kutatói nanotechnológiát alkalmazva újfajta módot találtak a biolumineszcencia kiaknázására, amely 20‒30-szor hatékonyabb használja fel a szentjánosbogarak természetes fényét, mint bármilyen előző próbálkozás. A módszerről részletesen a Nano Letters oldalain számolnak be a tudósok.

A szentjánosbogarak fénye a biolumineszcencia legismertebb természetes megjelenése, mondja Mathew Maye, a kutatás vezetője. Fényük rendkívül erős és hatékony. Újfajta módot találtunk arra, hogy egy biológiai jelenséget nem biológiai célokra használjunk fel a biológiai és nem biológiai összetevők közti „csatlakozófelület” manipulálása révén, folytatja.

A szentjánosbogarak a luciferin nevű pigment oxidációja révén bocsátanak ki fényt, a folyamatot a luciferáz enzim katalizálja. Maye laboratóriumában az enzimet nanorudakhoz horgonyozzák ki, és a luciferin később adagolják a rendszerhez üzemanyag gyanánt. A luciferin-luciferáz reakció során termelődő energia áttevődik a nanorudakra, amelyek ragyogni kezdenek. A végbemenő folyamatot biolumineszcencia rezonancia energiatranszfernek (BRET) nevezik.

Maye elmondása szerint a rendszer hatékonysága attól függ, hogy mennyire sikerül lecsökkenteni az enzim és a nanorúd felszíne közti távolságot, valamint hogy mennyire optimális a nanorúd szerkezete. A kutatók jelen esetben kémiai kötések révén, közvetlenül a nanorúd felszínére helyezték az enzimet, amelyhez a Connecticut College kutatói elkészítették a luciferáz egy genetikailag módosított változatát.

A nanorudak külső héját kadmium-szulfid, belsejét kadmium-szelenid alkotja. Mindkét vegyület félvezető tulajdonságokkal rendelkezik. A belső mag méretének, illetve a rúd hosszának változtatása révén módosítható a rajta termelődő fény színe, így a kutatók olyan színvariációkat hoztak létre a módszer segítségével, amelyekre a szentjánosbogár nem képes. Maye nanorúdjai zöld, narancssárga és vörös színekben pompáznak, egy jövőbeli alkalmazást biztosan előrevetítve: a rendszer révén külső energiaforrás nélkül üzemelő karácsonyfaizzók készíthetők.

A módszer hatékonyságát az úgynevezett BRET-skálán mérték a kutatók, és úgy találták, hogy a legjobb hatásfokkal az infravöröshöz közeli hullámhosszakat képesek előállítani egy speciális, rúd a rúdban felépítésű nanorúd révén. Ha a módszer révén sikerülne a kibocsátott fény hullámhosszát még inkább az infravörös tartományba tolni, akkor annak számos alkalmazási lehetősége lenne különféle éjjellátóktól kezdve kamerákon át az orvosi képalkotásig.

A „szentjánosbogár-lámpák” jelen pillanatban még csak Maye laborjában léteznek, de további kutatások irányulnak a reakció és az energiaátvitel hosszabb ideig történő fenntartására és szabályozására, valamint nagyobb méretekben való megvalósítására. A kémiai energia közvetlen fénnyé alakítása révén Maye szerint akár a LED-ek versenytársaivá is kinőhetik magukat a világító nanorudak. Ehhez persze még jelentős fejlesztésekre van szükség, de a kutató úgy véli, hogy nem túlságosan elrugaszkodott ötlet, ha a jövő lámpáját egy LED-szerű, de ezeket a nanorudakat alkalmazó konstrukcióként képzeljük magunk elé, amelyet nem kell áram alá helyezni ahhoz, hogy világítson.