Физики разработали лазер на флуоресцентных белках медуз

Физики разработали лазер на флуоресцентных белках медуз

Физики из Великобритании и Германии разработали поляритонный лазер на основе зеленого флуоресцентного белка, работающий при комнатной температуре. Интересно, что в устройстве используется белок, синтезируемый модифицированными бактериями кишечной палочки, а в природе его аналоги встречаются у некоторых медуз. Ученые предполагают, что лазер может найти применение как в медицинской диагностике, так и в исследовании квантовой интерференции и других коллективных эффектов. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, кратко о нем сообщает Phys.org.

Традиционные лазеры основаны на вынужденном излучении, возникающем, например, при переходе электронов в возбужденном атоме с одного энергетического уровня на другой, соответствующий меньшей энергии. Разница между этими энергиями излучается в виде фотона с определенной длиной волны. Излучение лазеров называется вынужденным, потому что оно запускается взаимодействием возбужденного атома с фотоном извне. 

Для того чтобы добиться высокой мощности, в лазерах используются специальные системы накачки. К примеру, активную среду, в которой происходит возбуждение атомов или других частиц, могут помещать между двумя зеркалами, одно из которых полупрозрачное. Фотоны путешествуя между зеркалами переводят атомы в возбужденное состояние, а некоторая доля излучения покидает лазер. 

В работе лазера есть фундаментальные ограничения — количество электронов, находящихся на возбужденных уровнях, ограничено. На одном и том же уровне не может быть двух одинаковых электронов. В результате этого мощные лазеры обладают небольшой эффективностью возбуждения. Обойти этот запрет можно в других системах — поляритонных лазерах. 

В поляритонных лазерах источником фотонов являются не возбужденные атомы, а квазичастицы, называемые экситонами. Квазичастицами называют специальные объекты, придуманные для описания явлений в твердом теле. За ними скрываются сложные многочастичные процессы, которые с помощью квазичастиц можно свести к сравнительно простым уравнениям. Подробнее об этом можно прочитать в нашем материале.

Экситон — объект, который можно представить себе как дырку («отсутствие электрона»), которая обращается около электрона-квазичастицы. При поглощении фотона экситон превращается в поляритон — частицу, способную испустить фотон обратно под действием внешнего воздействия. Поляритоны в отличие от электронов — бозоны, для них нет такого ограничения, какое существует в системах возбужденных атомов. 

Считается, что из-за бозонной природы лазеры на поляритонах будут гораздо эффективнее, чем традиционные системы. Однако большая часть существующих поляритонных устройств требуют сильного охлаждения — по меньшей мере до –70 градусов Цельсия, а в некоторых случаях и до температур жидкого гелия. В 2007 году физики из Саутгемптонского университета добились создания лазера, работающего при комнатной температуре, основанного на полупроводниковых материалах. В новой работе авторы добились такого же результата на активной среде из белковых молекул.

Тонкий слой флуоресцентного белка (около 500 нанометров) поместили между двумя зеркальными слоями. Поляритоны возникали в материале при освещении светом с длиной волны в диапазоне 400-500 нанометров (синий свет). В результате возникает излучение с длиной волны 508 нанометров. 

Авторы отмечают, что высокая эффективность и возможность лазера работать при комнатной температуре связана с геометрией белковых молекул. Активные центры в них защищены от внешних воздействий, например, столкновений с другими молекулами, цилиндром из белковых 

N+1

Похожие новости:
Учёные вырастили мышцу, способную к регенерации
Ученым Массачусетского технологического института впервые удалось вырастить в лабораторных условиях биоинженерную мышцу, способную к самовосстановлению. Об этом сообщают иностранные СМИ со ссылкой на журнал PNAS. «Для создания мышцы были использованы мышечные волокна, выращенные учеными из миогенных клеток крысы. Чтобы ..
2014-04-03 1608 0 Технология
0
В Японии придумали светящийся шелк
Японские ученые генной инженерии работают над выведением шелкопрядов, которые будут производить нити шелка светящиеся под люминесцентными лампами красным, зеленым или оранжевым цветом. Исследовательская группа под руководством Тошики Тамуры из Национального института агробиологии модифицировала шелкопряд путем ..
2013-06-24 1602 0 Технология
0
Самособирающаяся наночастица поможет следить за химиотерапией
Американские исследователи разработали новый способ контроля химиотерапии. Созданные ими флуоресцентные наночастицы позволяют проследить за доставкой препарата в клетки опухоли. Отчет о разработке опубликован в Nature Nanotechnology. Сама идея помечать лекарственные молекулы флуоресцентными веществами не нова. Однако этот ..
2016-01-18 1294 0 Технология
0
В США прекращен выпуск ламп накаливания мощностью 100Вт
В США с 1 января 2012 года начинается свертывание производства обычных электрических ламп накаливания, известных как "лампочка Эдисона", а в России - как "лампочка Ильича". Выпуск лампочек мощностью 100 ватт был завершен. Им на смену в дома и офисы приходят флуоресцентные и галогеновые лампы - менее энергоемкие, ..
2012-01-11 2233 0 Технология
0
Физики создали материал с рекордной люминесценцией
Американские учёные из университета Джорджии создали материал, который испускает накопленную энергию в виде излучения в ближней инфракрасной области спектра (длина волны 650-1000 нанометров). Но особенность новичка не только в этом – пробыв на свету всего одну минуту, ..
2011-11-23 1950 0 Технология
0
В США проходит международный конкурс энергоэффективных домов
В США прошел Международный конкурс энергоэффективных домов. Мероприятие организовано министерством энергетики США и собрало 19 команд студентов-архитекторов из Америки, Китая и Новой Зеландии. Экспертная комиссия оценивала дома по десяти признакам, за каждый из которых был максимум 100 очков. Выиграла та команда, которая набрала ..
2011-10-27 2016 0 Технология
0
Радиационные технологии, или Как уберечься от террористов
Вчера в ВВЦ прошел круглый стол кластера ядерных технологий фонда «Сколково» на тему «Технологическая платформа «Радиационные технологии» для обеспечения безопасности: от идеи до продукта». Участники мероприятия обсудили состояние, перспективы и ограничения развития российского рынка, конкурентоспособность отечественных поставщиков, а также ..
2011-10-27 1629 0 Технология
0
В Армении рассчитана общая доля возобновляемой энергетики
Согласно расчётам, проведённым Министерством энергетики и природных ресурсов Армении, доля электроэнергии, вырабатываемой за счет возобновляемых источников энергии в стране, составляет около 7% в совокупной выработке. По словам министра энергетики и природных ресурсов Армении Левона Шахвердяна, по состоянию на прошлый ..
2011-10-27 1713 0 Технология
0
Электромобили - альтернативное будущее автопрома
В Москве на форуме по нанотехнологиям представлены новые электромобили, в том числе в сегменте общественного транспорта: электробус - тот же троллейбус, но непривязанный к электролинии.Источник: newstube.ru ..
2011-10-28 1544 0 Технология
0
Будущее - за пневмолифтами
Необычные «воздушные лифты» презентовали карагандинские ученые. Сделаны они на местном машиностроительном заводе. И как уверяют создатели, аналогов этим подъемникам нет во всем мире, сообщает «31 канал». Внешне пневмолифты похожи на поршень. В них нет привычных канатов и направляющих. Они работают на воздушной подушке. Сначала ..
2011-10-29 2699 0 Технология
0
Кольцевой воздушный ветрогенератор получил престижную награду
В ближайшие месяцы американские инженеры испытают систему генерации энергии, которая представляет собой парящий в небе пропеллер в надувной оболочке. На полукилометровой высоте скорость ветра в семь раз выше, чем у верхушек 100-метровых наземных ветряков. А с ускорением воздушных потоков мощность ..
2011-10-29 2769 0 Технология
0
Эконоватор обещает накачать нефти из старых шин
ЗАО «Эконоватор», контролируемое группой воронежских предпринимателей, планирует построить в Бобровском районе предприятие по переработке автопокрышек в синтетическую нефть и технический углерод мощностью переработки 40 тыс. т в год. Стоимость проекта составит около 1 млрд руб., завод может быть построен ..
2011-10-29 2781 0 Технология
0
Высокие технологии натолкнулись на закон
Выход на IT-рынок в России затруднен законодательными препонами и бизнес-стереотипами. Такой диагноз финансированию высокотехнологичной индустрии сделали сами инвесторы и юристы. Впрочем, создатели программного обеспечения все еще настроены на развитие инновационного процесса. Несмотря на "Сколково" и устремление России к инновациям, развитию самой ..
2011-10-29 1402 0 Технология
0
В СССР были поезда быстрее Сапсана, где они?
«Безумный! Почто желаешь познати тайну, которую я сокрылот смертных непроницаемым покровом неизвестности?Почто, о дерзновенный! познати жаждешь то, чтоедина мысль предвечная постигать может? Ведай,что неизвестность будущего соразмернабренности твоего сложения…»«Путешествие из Санкт-Петербурга в Москву», Александр Радищев,1790 годВведениеМатериал ..
2011-10-30 4647 2 Технология
0
РОСНАНО начинает сотрудничество с Ярославской областью
27 октября в Москве на IV Международном форуме «Rusnanotech-2011» был подписан договор о сотрудничестве между ОАО «РОСНАНО», Фондом инфраструктурных и образовательных программ и правительством Ярославской области. Достигнутое соглашение будет действовать до 2015 года. Новый проект «РОСНАНО» предполагает плотное взаимодействие в области образования, ..
2011-10-30 1851 0 Технология
1