de Andrei Dicu şi Adrian Barna

Lumina este unul dintre elementele esenţiale apariţiei şi dezvoltării vieţii. Nu doar omul, ci şi celelalte vieţuitoare sunt atrase de lumină şi prezintă modificări de comportament în prezenţa acesteia. Luminescenţa este o radiaţie luminoasă, care apare ca exces al radiaţiei termice a unui corp la o temperatură dată şi care modifică echilibrul în procesele fizice, chimice, mecanice şi chiar mentale.

De la „Efectul Cerenkov” la predicţia lui Einstein

Influenţa luminii asupra sănătăţii oamenilor, a creşterii plantelor, a încetinirii unor procese de degradare sau fototerapia, în cazul unor boli, sunt nu doar bănuite, ci demonstrate ştiinţific. În afara altor fenomene, cum ar fi efectul Cerenkov, care constă în emisia unor radiaţii luminoase de către o particulă nucleară care se deplasează într-un anumit mediu, cu o viteză mai mare decât viteza luminii în acel mediu, emisia de radiaţie luminoasă poate fi produsă din surse aşa-numite „calde” (incandescente, precum becul cu filament) sau din surse „reci”, emisia nefiind datorată energiei termice a corpului emiţător. În cazul luminescenţei, excitarea electronilor este produsă de alte forme de energie (netermice), precum radiaţiile, câmpurile electrice sau ultrasunetele. În 1918, Albert Einstein a vorbit, în premieră, despre „emisia stimulată”, care depinde de densitatea de energie a radiaţiei şi care este folosită la crearea unor generatoare cuantice (laser, microunde, raze infraroşii) care, în zilele noastre, sunt folosite, cu succes, de la domeniul medical până la transmiterea de date.

Marcarea fluorescentă ajută la vindecarea epilepsiei şi la neuroreabilitare

Termenul „luminescenţă” a fost introdus de fizicianul Gustav Heinrich Wiedemann în 1888, până atunci diferitele forme de emisie de lumină rece cunoscute fiind numite generic „fosforescenţe”. Primul material luminescent produs de mâna omului a fost aşa-numita „piatră de Bologna”, obţinută de alchimistul italian Cascariolo, la mijlocul secolului al XVII-lea, prin calcinarea sulfatului de bariu cu cărbune. De atunci, au fost descoperite un număr mare de fenomene de luminescenţă şi au fost inventate produse materiale şi metode de măsurare specifice. Spre exemplu, uneori, oamenii fac o confuzie între fluorescenţă şi fosforescenţă. Fluorescenţa este procesul prin care o substanţă luminează atunci când îndrepţi o sursă de ultraviolete către ea, pe când fosforescenţa este procesul prin care o substanţă lăsată la întuneric eliberează fotonii acumulaţi în timp ce a fost ţinută la lumină. Marcarea fluorescentă a proteinelor din neuronii cerebrali, folosind molecule cu caracteristici de emisie spectrală diferită, a permis realizarea unor progrese semnificative în studiul conexiunilor neurale din creier, în cadrul conectomicii, un domeniu nou al medicinei, care se ocupă cu tratarea epilepsiei, a bolilor neurologice rare şi cu neuroreabilitarea.

„Focurile vii”, un izvor de legende

Bioluminescenţa, care reprezintă o fosforescenţă indusă de energia degajată în procesele biochimice, este, poate, cea mai fascinantă. „Focurile vii” din păduri reprezintă emisii de bioluminescenţă ale unor ciuperci prezente în arborii aflaţi în descompunere. Luminescenţa verde-albăstruie, vizibilă noaptea, cu ochiul liber, a dus la apariţia a numeroase legende, însă se presupune că emisia de lumină are rolul de a atrage insectele nocturne pentru a răspândi sporii, dar ar putea funcţiona şi ca mijloc de apărare. Între vieţuitoarele terestre, fenomenul este cel mai frecvent întâlnit la insectele din familia Lampyeidae (licuricii), fiind cunoscute aproximativ 2.000 de specii, răspândite în zonele temperate şi tropicale. Emisia de bioluminescenţă este observată atât în cazul larvelor, probabil ca mijloc de protecţie, cât şi la exemplarele mature, cu rol de atragere a partenerilor pentru împerechere.

Cum se apără crustaceele

În mările calde, precum în Insulele Maldive, San Diego, Jamaica, Vietnam, Thailanda sau în nordul Australiei, în cursul nopţii, din apa mării este emisă o luminescenţă albastră, foarte intensă. Studiile ştiinţifice au stabilit că aceasta este datorată unor mici crustacee (numite „ostracode”), care o utilizează ca mijloc de apărare contra prădătorilor acvatici, pe care îi derutează în acest mod sau, poate şi mai subtil, atrag prădătorii mari din larg pentru a ataca peştii mai mici.

Chemiluminescenţa, ideală pentru criminalistică

Chemiluminescenţa (CL) este înrudită cu bioluminescenţa şi prezintă emisia de lumină care însoţeşte desfăşurarea unei reacţii chimice. În general, este realizată de procesele de oxidare. Una dintre cele mai spectaculoase aplicaţii este utilizarea CL în criminalistică, bazată pe cataliza de către fierul conţinut în hem-ul sangvin (n.r. - hemoglobina eritrocitară medie) a reacţiei dintre luminol şi apa oxigenată. O luminescenţă albastră puternică apare în prezenţa urmelor de sânge, chiar şi atunci când s-a încercat eliminarea lor prin ştergere sau cu agenţi de curăţare puternici. Recent, s-a descoperit că utilizarea Artemisininului, un medicament pentru tratarea malariei, în locul apei oxigenate, permite atât eliminarea unor interferenţe în analiză, cât şi creşterea spectaculoasă a sensibilităţii metodei, permiţând înregistrarea cu aparatură simplă, cum ar fi un smartphone. În prezent, măsurarea CL este o metodă curentă în caracterizarea comportării la oxidare a polimerilor, evaluarea duratei de viaţă, testarea antioxidanţilor, precum şi în studiile biochimice în care degradarea oxidativă joacă un rol important, cum ar fi procesele de îmbătrânire.

Iradiere terapeutică şi tehnici de spionaj

O altă formă de luminescenţă este observată la încălzirea corpurilor solide, expuse iradierii cu radiaţii ionizante. La încălzire, se produce recombinarea însoţită de emisia radio-termo-luminescenţă. În afară de sporirea vizibilităţii structurii de defecte ale unui corp solid, luminescenţa termo-stimulată (TSL) este un instrument util pentru iradierea terapeutică, în cazul unor boli, precum cancerul. De asemenea, s-a vorbit multă vreme despre utilizarea unor tehnici bazate pe TSL în spionaj, pentru decriptarea unor mesaje scrise sau fotografiate, ascunse sub alte imagini, notate cu cerneală invizibilă sau pur şi simplu „zgâriate” fin pe anumite obiecte. TSL este utilizat într-o metodă simplă şi sensibilă pentru datarea obiectelor arheologice, realizate din materiale minerale.

1918 este anul în care Albert Einstein a prezis „emisia stimulată”

Gheorghe Gheorghiu-Dej, ucis cu fascicule de electroni rapizi?

Catodoluminescenţa este o altă „ramură” a fenomenului şi apare odată cu iradierea „substanţei” (prin „substanţă”, înţelegând obiectul „experimentului”) cu fascicule de electroni rapizi. În perioada Războiului Rece s-a vorbit mult despre utilizarea unor astfel de tehnici pentru a induce boli fatale unor „subiecţi”, unor personaje care nu erau pe placul Moscovei. De altfel, în România s-a dezvoltat ideea potrivit căreia liderul comunist Gheorghe Gheorghiu-Dej, care manifesta o oarecare independenţă faţă de URSS, ar fi fost iradiat cu ajutorul acestei metode, în timpul unei vizite oficiale, şi că acest fenomen i-ar fi cauzat moartea. Trebuie spus că, nici până în zilele noastre, nu se cunoaşte, oficial, cauza decesului fostului demnitar român.