تولید لامپ‌هایی که نیاز به برق ندارند

میان کرم‌های شب‌تاب، نانومیله‌ها و لامپ‌های کریسمس چه شباهتی وجود دارد؟

شاید روزی مشتریان بتوانند لامپ‌هایی به رنگ‌های مختلف بخرند که برای روشن شدن نیازی به برق ندارند. محققان دانشکده هنر و علوم دانشگاه Syracuse با استفاده از علم نانو روش جدیدی برای استفاده از نور طبیعی تولید شده توسط کرم‌های شب‌تاب (لومینسانس زیستی) یافته‌اند. با استفاده از نتایج این تحقیق می‌توان سامانه‌هایی تولید کرد که کارایی آنها 20 تا 30 برابر بیشتر از سامانه‌های قبلی است.

مسأله مهم اندازه و ساختار نانومیله‌های کوانتومی خاصی است که توسط متیو مای، استادیار شیمی دانشگاه Syracuse و ربکا الم، دانشجوی دکترای شیمی موسسه مواد زیستی Syracuse تولید شده‌اند.

مای می‌گوید: «ما توانسته‌ایم با دستکاری سطح تماس میان اجزای زیستی و غیرزیستی، روش جدیدی برای بهره‌گیری از زیست‌شناسی در کاربردهای غیرزیستی ارائه دهیم».

کرم‌های شب‌تاب نور را از طریق یک واکنش شیمیایی میان لوسیفرین و آنزیم لوسیفراز تولید می‌‌کنند. در آزمایشگاه مای آنزیم لوسیفراز به سطح نانومیله‌ها اتصال داده شد؛ لوسیفرین که بعداً اضافه می‌شود، نقش سوخت را ایفا می‌کند. انرژی ایجاد شده که حاصل واکنش میان سوخت و آنزیم است، به نانومیله‌ها منتقل شده و موجب روشن شدن آنها می‌گردد. این فرایند، انتقال انرژی ارتعاشی لومینسانس زیستی یا BRET نامیده می‌شود.

مای می‌گوید: «نکته اصلی این کار کاهش فاصله میان آنزیم و سطح نانومیله‌ها و بهینه‌سازی ساختار نانومیله‌هاست. ما روشی برای اتصال مستقیم آنزیم لوسیمراز که به‌روش ژنتیکی تغییر یافته بود، به سطح نانومیله‌ها طراحی کرده‌ایم». 

این نانومیله‌ها از یک پوسته خارجی از جنس سولفید کادمیوم و یک هسته داخلی از جنس سلنید کادمیوم ساخته شده‌اند. هر دوی این مواد نیمه‌رسانا هستند. تغییر اندازه هسته و طول نانومیله، رنگ نور تولید شده را تغییر می‌دهد. در آزمایشگاه مای نورهایی به رنگ سبز، نارنجی و قرمز تولید شدند. کرم‌های شب‌تاب به‌طور معمول رنگ زرد از خود ساطع می‌کنند. این پژوهشگران دریافتند که بهترین نانومیله دارای معماری خاصی به‌نام میله در میله است که نوری در محدوده مادون قرمز نزدیک از خود نشر می‌کند. طول موج نور مادون قرمز بلندتر از نور مرئی بوده و با چشم قابل مشاهده نیست. تابش‌های مادون قرمز برای ابزارهایی چون دوربین‌های دید در شب، تلسکوپ‌ها، دوربین‌های عکاسی و ابزارهای تصویربرداری پزشکی مهم هستند.

جزئیات این کار در مجله Nano Letters منتشر شده است.