Nanoteknolojiyle elektriksiz ışık üretimi

ANKARA - ABD'li bilimadamları ateş böceğinin elektriksiz olarak ürettiği doğal ışığın, nanoteknoloji yardımıyla 20-30 kat daha verimli kullanılmasına olanak sağlayan yeni bir sistem geliştirdi. Yeni sistemle üretilen normal ışıktan daha uzun dalga boyuna sahip kızıl ötesi ışık, gece görüşüne sahip gözlükler, teleskoplar, kameralar ve tıbbi görüntülemede kullanılabilme potansiyeli taşıyor.

Sistem, ABD'deki Syracuse Üniversitesi'ne bağlı College of Arts and Sciences yüksek okulundan Yardımcı Profesör Mathew Maye ile kimya doktora adayı ve aynı üniversitenin Biyomateryaller Enstitüsü üyesi Rebeka Alam tarafından geliştirildi. Science Daily gazetesine geliştirdikleri sistem hakkında bilgi veren Maye, "Ateş böcekleri doğadaki biyoışınımın en iyi örneklerini oluşturur. Ateş böceklerinin yaydığı ışık, çok parlak ve verimlidir. Biyolojik ve biyolojik olmayan birleşenler arasındaki arayüze yön vererek, biyolojik olmayan uygulamalar için biyolojiyi kullanmanın yeni bir yolunu geliştirdik" dedi.

Ateş böcekleri, ışık yayıcı kimyasal bir madde olan lusiferin ve bunun muadili olan ışıtan enzim olarak da bilinen lusiferaz enzimleri arasında kimyasal reaksiyon başlatmak suretiyle ışık üretiyor. Maye'nin laboratuvarında daha önce yapılan bilimsel çalışmada luziferaz enzimlerini, büyüklüğü metrenin milyarda biri kadar olan bir nano çubuğuna tutturduktan sonra bir çeşit yakıt olarak kullanılan lusiferini ekleyen bilimadamları, yakıt ile enzimin birlikte etkileşime girmesi sonucu ortaya çıkan enerjiyi nano çubuklara transfer ederek, Biyoışınım Salınımı Enerji Tranferi (BSET) adı verilen bir süreçle nano çubukların parlamasını sağlamıştı.

Maye ve Alam'ın, Connecticut College yüksek okulu profesörlerinden Bruce Branchini ve Danielle Fontaine ile işbirliği yaparak bu konuda yaptıkları çalışma, "Designing Quantum Rods for Optimized Energy Tranfser with Firefly Lusiferase Enzymes" (Ateşböceklerindeki Lusiferaz Enzimleriyle En İyi Şekilde Enerji Transferi için Kuantum Çubukları Tasarlama) adıyla 23 Mayıs'ta Amerikan Kimya Derneği'nin çıkardığı Nano Letters adlı yayında yayımlanmıştı.

Alam ile yaptıkları şimdiki çalışmalarında bu yolla elde ettikleri ışığın verimini 20-30 kat oranında artırmanın bir yolunu bulduklarını anlatan Maye, verim artışını sağlamanın sırrını, "enzim ile çubukların yüzeyi arasındaki mesafeyi artırmak ve çubukların yapısını en iyi şekilde kullanmak olarak" tanımladı Çalışmalarında, Branchini ve Fontaine tarafından geliştirilen genetik olarak değiştirilmiş lusiferaz enzimlerini kullandıklarını anlatan Maye, bu enzimleri nano çubuklarının yüzeyine kimyasal olarak tutturmak için yeni bir yol tasarladıklarını belirtti.

Nano çubuklar olarak yarı iletken bir metal olan "kadmiyum sülfit"in dış kabuğu ile yine yarı iletken bir metal olan "kadmiyum seleneid"in iç çekirdeğini kullandıklarını anlatan Maye, çekirdeğin büyüklüğü ve çubuğun boyuyla oynamanın üretilen ışığın rengini değiştirdiğini gözlemlediklerini kaydetti. Maye, laboratuvar ortamında yeşil, portakal rengi ve kırmızı renklerde ürettikleri ışığın, doğal olarak sarımtırak renkte ışık üreten ateş böceklerince üretilemeyeceğine işaret etti.

Sistemlerinin verimini ölçmede BSET ölçeğini kullandıklarını anlatan Maye, ürettikleri en verimli nano çubukların "çubuk içinde çubuk" olarak tanımladıkları özel bir yapı olduğunu belirtti. Maye, BSET ölçeğine göre 44 verimliliğine sahip olduğunu söylediği bu yapıdaki nano çubukların, neredeyse kızıl ötesi ışık aralığında ışık yayabildiğini vurguladı. Normal ışıktan daha uzun dalga boyuna sahip kızıl ötesi ışık gözle görülememesine karşın, kızıl ötesi aydınlatma, gece görüşüne sahip gözlükleri, teleskoplar, kameralar ve tıbbi görüntüleme açısından önem taşıyor. Mayes, geliştirdikleri sistemin, kimyasal enerjiyi doğrudan ışığa çevirmeye ilişkin geleceğin teknolojileri açısından en umut vadeden sistem olduğunun altını çizdi.