Que hacen las luciérnagas nanobarras y luces navideñas tienen en común? Algún día, los consumidores pueden comprar hilos de luz multicolores que no necesitan electricidad o baterías para brillar. Los científicos de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Syracuse encontraron una nueva forma de aprovechar la luz natural producida por las luciérnagas (llamada bioluminiscencia) utilizando nanociencia. Su avance produce un sistema que es de 20 a 30 veces más eficiente que los producidos durante experimentos anteriores.
Se trata del tamaño y la estructura de la costumbre, nanovarillas cuánticas, que son producidos en el laboratorio por Mathew Maye, profesor asistente de química en la Facultad de Artes y Ciencias de la SU; y Rabeka Alam, un doctorado en química candidato. Maye también es miembro del Instituto de Biomateriales de Syracuse.
"La luz de luciérnaga es uno de los mejores ejemplos de bioluminiscencia de la naturaleza, "Dice Maye." La luz es extremadamente brillante y eficiente. Hemos encontrado una nueva forma de aprovechar la biología para aplicaciones no biológicas mediante la manipulación de la interfaz entre los componentes biológicos y no biológicos ".
Su trabajo, "Diseño de barras cuánticas para una transferencia de energía optimizada con enzimas luciferasa de luciérnaga, "se publicó en línea el 23 de mayo en Nano letras y se publicará próximamente. Colaboraron en la investigación el profesor Bruce Branchini y Danielle Fontaine, ambos de Connecticut College.
Las luciérnagas producen luz a través de una reacción química entre la luciferina y su contraparte, la enzima luciferasa. En el laboratorio de Maye, la enzima está adherida a la superficie de la nanovarilla; luciferina, que se agrega más tarde, sirve como combustible. La energía que se libera cuando el combustible y la enzima interactúan se transfiere a las nanovarillas, haciendo que brillen. El proceso se llama Transferencia de energía por resonancia bioluminiscente (BRET).
"El truco para aumentar la eficiencia del sistema es disminuir la distancia entre la enzima y la superficie de la barra y optimizar la arquitectura de la barra, "Dice Maye." Diseñamos una manera de unir químicamente enzimas luciferasa manipuladas genéticamente directamente a la superficie de la nanovarilla ". Los colaboradores de Maye en Connecticut College proporcionaron la enzima luciferasa manipulada genéticamente.
Las nanovarillas están compuestas por una capa exterior de sulfuro de cadmio y un núcleo interior de seleneuro de cadmio. Ambos son metales semiconductores. Manipulando el tamaño del núcleo, y la longitud de la vara, altera el color de la luz que se produce. Los colores producidos en el laboratorio no son posibles para las luciérnagas. Las nanovarillas de Maye brillan en verde naranja y rojo. Las luciérnagas emiten naturalmente un brillo amarillento. La eficiencia del sistema se mide en una escala BRET. Los investigadores encontraron que sus varillas más eficientes (escala BRET de 44) ocurrieron para una arquitectura de varilla especial (llamada varilla en varilla) que emitía luz en el rango de luz del infrarrojo cercano. La luz infrarroja tiene longitudes de onda más largas que la luz visible y es invisible para el ojo. La iluminación infrarroja es importante para cosas como gafas de visión nocturna, telescopios, cámaras e imagen médica.
Las nanovarillas conjugadas con luciérnagas de Maye y Alam existen actualmente solo en su laboratorio de química. Se están realizando investigaciones adicionales para desarrollar métodos para mantener la reacción química y la transferencia de energía durante períodos de tiempo más prolongados y para "ampliar" el sistema. Maye cree que el sistema es el más prometedor para las tecnologías futuras que convertirán la energía química directamente en luz; sin embargo, la idea de nanobarras brillantes que sustituyan a las luces LED no es cosa de ciencia ficción.
"Las nanovarillas están hechas de los mismos materiales que se utilizan en los chips de computadora, paneles solares y luces LED, "Dice Maye." Es concebible que algún día se puedan insertar nanobarras recubiertas de luciérnagas en luces de tipo LED que no es necesario enchufar ".
