В погоне за новыми лазерными материалами ученые не останавливаются даже перед тем, чтобы загрузить необычной работой и без того без устали работающую на благо человечества молекулу ДНК. На сей раз японские ученые из Chitose Institute of Science and Technology вознамерились создать на основе ДНК лазер.

Несмотря на кажущуюся экзотичность такого сочетания, исходная идея вполне конструктивна и логична. На пути к миниатюризации и упрощению лазера на красителях возникло препятствие фундаментального характера. Молекулы красителей в растворе, служащие рабочим телом таких лазеров, испытывают значительную безызлучательную релаксацию при повышении концентрации. Само явление хорошо известно и для активированных стекол и кристаллов существует при режимах, далеких от лазерных. Оно носит название концентрационного тушения. Однако если концентрацию красителя или активатора при все уменьшающихся размерах элементов не повышать, можно прийти к тому, что молекул красителя в миниатюризированном элементе почти не останется. Какой уж после этого лазер...

Японские ученые решили обойти эту неприятность, закрепив молекулы поплотнее, но при этом так, чтобы они были лишены возможности подходить слишком близко друг к другу (для подавления концентрационного тушения). В качестве желаемой "кассеты" для молекул красителя и использовалась молекула ДНК. В предыдущей работе этих же исследователей активным элементом служила пленка ДНК-липидных комплексов с добавкой красителя Родамин 6Ж. Усиление и сужение полосы в спектре в том случае удалось успешно наблюдать, но, видимо, авторов это не вполне удовлетворило, так как Родамин 6Ж известен как безотказный лазерный краситель.

В своей новой работе японские исследователи использовали краситель цианового ряда DMASDPB. Краситель добавляли в раствор ДНК–липидов, и после суток выстаивания разливали по тефлоновой поверхности. После испарения растворителя оставалась пленка, служившая активной лазерной средой. Отношение числа оснований ДНК, замещенных на молекулу красителя, составляло, по оценкам авторов, от 1/10 до 1/40. Возбуждение осуществлялось второй гармоникой неодимового лазера. Свет возбуждения фокусировали на участок пленки с размерами 1 x 5 мм², выходное излучение собиралось с торца пленки. Комплекс ДНК-липид-краситель при этих условиях люминесцировал в красной области спектра. При плотности возбуждения порядка мДж/см² наблюдалось заметное сужение спектрального контура излучения и переход к суперлинейной зависимости интенсивности люминесценции от интенсивности возбуждения. При увеличении интенсивности накачки, одновременно с сужением, полоса в спектре люминесценции сдвигалась с 631 нм до 624 нм.

Для изучения влияния концентрации красителя на параметры возможного лазера были проведены эксперименты при различных концентрациях лазерного красителя. Авторы не решаются делать численные выводы, поскольку, как они указывают, оптическое качество полученных пленок было не слишком однородным. Однако качественные выводы могут быть сделаны из того факта, что усиление наблюдалось даже для образцов с замещением 1/10. Чтобы убедиться в том, что эффект обязан именно ДНК, исследователи внедрили такую же концентрацию красителя в полиметилметакрилат. Даже при наличии внешнего резонатора эффект усиления в этой среде не наблюдали, в то время как для пленки ДНК-липиды–краситель эффект усиления спонтанного излучения наблюдался без труда.

Влияние ДНК не ограничивается только способностью разносить молекулы красителя на фиксированное расстояние. Существует достаточно сильное взаимодействие между ДНК и красителем, на что указывают результаты исследования дихроизма растворов ДНК-краситель. Так что учеными предстоит решить еще много задач, прежде чем будут созданы работающие ДНК-лазеры.

Источник информации - заметка М.Компана в 19 выпуске бюллетеня ПерсТ за 2002 г.