| | Сегодня, 07:46 | Новости науки и техники
Светоизлучающие белки — основа низкоэнергетических лазеров нового типа
Мать-Природа, создав в свое время, Медуза, меньше всего «думал» лазеров. Но оказалось, что некоторые из этих видов морских организмов содержат вещества, который идеально подходит для изготовления лазеров нового типа лазеров, для работы требуется очень мало энергии и работают даже при комнатной температуре.
Ученые из Шотландии и Германии использовали зеленый флуоресцентный белок (green fluorescent protein, GFP), материал, изначально тело определенного типа Медузы, в качестве активного материала рабочего тела поляритонного лазера. Этот лазер может использоваться в качестве маркера раковых клеток или как один из компонентов оптической логики, встроенными в кристаллы традиционных процессоров. «Природа дала нам в руки материал, который имеет множество свойств, которые делают его чрезвычайно полезным для создания различных оптоэлектронных приборов», — говорит Мэйлт Гэтэр (Malte Gather), профессор физики из университета Сан -. Эндрю, Шотландия.
Поляритонные лазеры работают немного по-другому, более традиционные. В основе принципа их работы являются поляритоны, квазичастицы, состоящие из пары электрон-полый (экситон) и фотон. Когда энергия внешнего источника закачивается» в этой системе, плотность поляритонов становится настолько высокой, что они начинают сталкиваться друг с другом и высвобождение заключенных в них фотоны света. И синхронизации движения и разрушения поляритонов гарантирует, что луч испускаемого света имеет все возможности лазерного луча, то есть, монохроматичностью и определенной поляризации.
Однако, для излучения света поляритонным лазером нуждается в энергии значительно меньше, чем требуется для нормальной работы лазера, так как для получения луча света не требует какого-либо преобразования энергии одного вида в энергию другого типа.
Однако, главная проблема поляритонных лазеров является то, что экситоны очень нестабильны квазичастицами и, как правило, сталкиваться друг с другом, что приводит к их немедленному уничтожению. Чтобы преодолеть эту проблему, ученые охлаждали поляритоннные лазеров при криогенных температурах, но все это приводит к сложности и стоимости устройства в целом.
Другой способ решения вышеописанной проблемы является использование GFP-белка, в частности белка, полученный с помощью технологии генной инженерии, что может сиять более яркое, похожее на белок естественного происхождения. Ученые создали лазерный резонансной полости, поместив фотографию белка GFP-500, который измеряет толщину нанометрами, между двумя зеркалами. Молекулы белка GFP-500-это «пакеты» из небольших цилиндров, состоящих из 11 атомных слоев. Светоизлучающая часть этого белка «спрятано» внутри этих цилиндров, таким образом, циркулируют там экситоны изолированные экситонов в других частях молекулы, и, благодаря этому, не имеют возможности уничтожить других.
Следует отметить, что лазер является не первым поляритонным лазер, способный работать при комнатной температуре, тем не менее, в основе этого лазера делает этот прибор гораздо более биологически, совместимого, что его полупроводниковых аналогов. Малые и лазеры, появившиеся внутри живого организма, могут выступать в качестве биологических маркеров, которые изменяют цвет свечения в ответ на генетические изменения, которые произошли в отдельных клетках. В отличие от наличия заполнителей, которые могут быть воспроизведены только небольшое количество цвета, лазерные маркеры могут обеспечить не менее 5 тысяч различных оттенков зеленого, давая ученым в руки более точный инструмент для изучения изменений и мутаций этих клеток.
В скором времени, эта же группа ученых планирует провести ряд исследований и другие материалы биологического происхождения, что, кроме зеленого цвета, способны излучать свет другой длины волны. И в случае успеха этой деятельности, таких поляритонные лазер, который используют белки различных типов и излучающие свет различных цветов, могут быть использованы для создания устройств отображения информации, для создания более точных биологических маркеров и многое другое.
