Luminescencja i bioluminescencja to dwie różne formy emisji światła. Bioluminescencja to wytwarzanie światła przez żywe organizmy, takie jak świetliki i niektóre ryby głębinowe. Luminescencja jest szerszym terminem, który obejmuje zarówno bioluminescencyjne, jak i niebioluminescencyjne źródła światła wytwarzane w procesach chemicznych lub elektrycznych.
Czym jest luminescencja
Luminescencja to forma emisji światła, która nie wiąże się z ciepłem i może być wykorzystywana na różne sposoby. Została szeroko przebadana pod kątem potencjalnych zastosowań w takich dziedzinach, jak diagnostyka medyczna, technologie wykrywania i rozwiązania oświetleniowe. Luminescencję można podzielić na dwie główne kategorie: fotoluminescencja (emisja stymulowana fotonami) i chemiluminescencja (emisja powstająca w wyniku reakcji chemicznych).
Źródło luminescencji
Luminescencja opiera się na zjawiskach fizycznych, takich jak fosforescencja (absorpcja, a następnie uwalnianie w czasie), triboluminescencja (uwalnianie w wyniku tarcia mechanicznego), chemiluminescencja (emisja spowodowana reakcjami chemicznymi) i elektroluminescencja (emisja spowodowana prądami elektrycznymi). W zależności od użytego typu, różne materiały, w tym kryształy, mogą być wykorzystywane do tworzenia różnych kolorów pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Wszystkie luminescencje mają jednak jedną wspólną cechę: wszystkie wymagają jakiegoś źródła wzbudzenia przed ich emisją – albo naturalnie występujących, takich jak promieniowanie UV ze słońca, światła księżyca, albo sztucznie stworzonych przy użyciu elektryczności, chemikaliów itp.
Zastosowanie luminescencji
Luminescencja była szeroko badana przez lata, a naukowcy odkryli wiele jej zastosowań, począwszy od zabiegów medycznych aż po zastosowania przemysłowe, takie jak oświetlenie dróg w nocy lub dostarczanie sygnałów alarmowych podczas katastrof, gdy źródła zasilania mogą być niedostępne.
Fotoluminescencja
Materiały fotoluminescencyjne są szczególnie interesujące ze względu na ich zdolność do pochłaniania energii ze źródeł otoczenia, takich jak światło słoneczne lub sztuczne oświetlenie, a następnie emitowania światła widzialnego po usunięciu źródła energii. Dzięki temu idealnie nadają się do użytku w miejscach o słabym oświetleniu, takich jak kluby nocne lub teatry, gdzie konwencjonalne oświetlenie może być niepraktyczne. Materiały fotoluminescencyjne znalazły również zastosowania poza rozrywką. Są często włączane do znaków bezpieczeństwa, które jasno świecą podczas przerw w dostawie prądu, by ludzie wiedzieli, jak bezpiecznie ewakuować się z danego obszaru.
Chemiluminescencja
Chemiluminescencja występuje, gdy wzbudzona cząsteczka emituje światło w reakcji z inną substancją bez żadnej zewnętrznej stymulacji innej niż zmiany temperatury lub zmiany pH w ośrodku zawierającym obie substancje zaangażowane w proces reakcji. Chemiluminescencja ma wiele praktycznych zastosowań, np. znane są testy diagnostyczne stosowane w szpitalach i laboratoriach na całym świecie. Testy te umożliwiają szybkie wykrywanie chorób przy użyciu zaledwie niewielkich ilości materiału próbki w połączeniu z odczynnikami wytwarzającymi świecące sygnały wskazujące na obecność, nieobecność, ilość itp. Dodatkowo chemilumenescencja znajduje zastosowanie jako znaczniki umożliwiające naukowcom śledzenie procesów biochemicznych zachodzących w organizmach żywych w sposób nieinwazyjny.
Czym jest bioluminescencja
Bioluminescencja to fascynujące zjawisko naturalne, które występuje w wielu organizmach, od świetlików po stworzenia głębinowe. Jest to wytwarzanie światła przez żywe istoty w wyniku reakcji biochemicznych zachodzących w ich ciałach. Organizmy bioluminescencyjne wykorzystują tę zdolność do różnych celów, takich jak przyciąganie partnerów lub ostrzeganie drapieżników.
Geneza bioluminescencji
Geneza bioluminescencji obejmuje złożone reakcje biochemiczne, w których enzym katalizuje reakcję między lucyferyną (pigmentem) a tlenem w celu wytworzenia energii w postaci światła widzialnego. Proces ten zachodzi w wyspecjalizowanych komórkach zwanych fotocytami lub fotoforami, zlokalizowanych w całym ciele organizmu. Komórki te zawierają pigmenty, które pochłaniają energię ze źródeł zewnętrznych, takich jak światło słoneczne lub światło księżyca, zanim przekształcą ją w widzialne długości fal do celów komunikacji między członkami gatunku lub do obrony przed drapieżnikami.
Proces bioluminescencji
Proces bioluminescencji obejmuje enzym zwany lucyferazą i jego cząsteczkę substratu – lucyferynę. Reakcja między tymi dwiema cząsteczkami wytwarza energię w postaci światła z bardzo małą ilością wydzielanego ciepła. Czyni to go jednym z najskuteczniejszych naturalnych sposobów wytwarzania oświetlenia bez generowania zbyt dużej ilości ciepła odpadowego. Ciepło może być szkodliwe dla niektórych gatunków w pewnych siedliskach, takich jak głębiny morskie – środowiskach, w których temperatury są niskie.
Zastosowanie bioluminescencji
Potencjalne zastosowania energii bioluminescencji są ogromne i ekscytujące. Na przykład może znaleźć zastosowanie w diagnostyce medycznej, a nawet oświetlaniu budynków bez korzystania z energii elektrycznej z tradycyjnych źródeł, takich jak elektrownie węglowe czy gazowe. Związki bioluminescencyjne mogą być również wykorzystywane w badaniach biotechnologicznych jako markery do śledzenia poziomów ekspresji genów w komórkach lub tkankach. Ponadto naukowcy opracowali syntetyczną formę bioluminescencji zwaną technologią „biobaterii”. Baterie te wykorzystują enzymy zamiast metalowych elektrod i wytwarzają energię z cząsteczek cukru naturalnie występujących chociażby w owocach i warzywach.