VII. A rodopszinok alkalmazása az optikai technikában

A modern biotechnológia egyik lényeges irányzatában biológiai eredetű anyagok gyakorlati alkalmazhatóságát vizsgálják. Tulajdonképpen magától értetődő dologról van szó, hiszen az evolúció által évmilliókig fejlesztett, adott biológiai feladatra optimalizált anyagok a technikai alkalmazás szempontjából is előnyös tulajdonságokkal rendelkezhetnek. A gyakorlati alkalmazhatóságokat tovább könnyítheti az az új képességünk, hogy genetikai módosításokkal, génsebészettel gyakran tetszőlegesen módosított tulajdonságú anyagokat hozhatunk létre. A bakteriorodopszin jó példa erre a kutatási irányzatra is.

A bakteriorodopszin működése során különböző állapotaiban megváltoztatja színét. A reakciósor végén, amikor visszakerül alapállapotába, eredeti színét is visszanyeri. A színváltozások egyéb optikai tulajdonságok, például az optikai törésmutató változásával is járnak. Ha tehát a biológiai funkciótól eltekintünk, azt mondhatjuk a bakteriorodopszinról, hogy biológiai eredetű, fénygerjesztésre színét és egyéb optikai paramétereit átmenetileg megváltoztató anyag, vagyis nemlineáris optikai tulajdonságokkal rendelkezik. Ráadásul genetikai úton számos paramétere - színe, az alapállapotba való visszatérés ideje stb. - megváltoztatható. E tulajdonságok alapján felmerül annak a lehetősége, hogy filmként, optikai adathordozóként, optoelektronikai eszközök aktív elemeként használhassuk. A gyakorlati hasznosítást megkönnyíti, hogy előállítása igen egyszerű, az anyag pedig egyáltalán nem érzékeny, ugyanannyira tartós, mint bármely más szerves festék.

Filmünkön bakteriorodopszint tartalmazó optikai minőségű gél fényreakcióit illusztráljuk: megvilágításra a film kifakul, majd a megvilágítás megszűnése után visszaáll eredeti állapotába. Filmünk genetikailag módosított mutánst mutat, ennek a fakulási időtartama nagyon nagy. Azt is bemutatjuk, hogy a fakulást követően kék fény megvilágítással az alapállapot gyorsan visszaáll. A fénnyel indított reakciók igen gyorsak.

Video: Bakteriorodopszint tartalmazó optikai minőségű gél fényreakciói (mpg - vigyázat, 40,7 MB!)

A nemlineáris optikai anyagok fontos felhasználási területe az optikai kapcsolók fejlesztése. A jelenkor információs technikájában az adattovábbítás optikai kábeleken történik. A kábelek kapcsolását is tisztán optikai úton kellene megoldani: mozgó alkatrészt nem tartalmazó, fénnyel vezérelt optikai kapcsolók kifejlesztése volna a megoldás. Optikai tulajdonságai alapján a bakteriorodopszin alkalmas lehet e feladatok ellátására, mivel a törésmutató megváltozása elegendően nagy.

Már készültek az ilyen kapcsolók működését demonstráló mintapéldányok. Persze a gyakorlati alkalmazás követelményei igen magasak, a valódi versenyképességet a jövő mutatja meg. Mindenesetre számos szabadalom tanúsítja az alkalmazási fejlesztéseket, már a piacon is kapható bakteriorodopszint használó holografikus mérőműszer.