转变先进性已经用在了替代光源上了，即不需要电池或电源插座：半导体量子棒和萤光素酶之间的高效能量转换。量子棒和萤光素酶分别属于纳米材料和生物材料。将两者以正确的方式结合将产生生物荧光——光不是由生物材料（比如萤火虫酶）上发出，而是从纳米材料发出，可以是绿色、橙色、红色甚至近红外。

从左至右：Liliana Karam、Mathew Maye、Tennyson Doane

图片来源：yracuse University News

雪城大学艺术与科学学院的化学家转变先进性已经用在了替代光源上了，即不需要电池或电源插座。

目前，雪城大学Mathew Maye副教授等人与康涅狄格大学的合作者一起，展示了半导体量子棒和萤光素酶之间的高效能源转移。量子棒和萤光素酶分别为纳米材料和生物材料。将两者以正确的方式结合将产生生物荧光——光不是由生物材料（比如萤火虫酶）上发出，而是从纳米材料发出，可以是绿色、橙色、红色甚至近红外。

该研究结果最近发表于《ACS Nano》期刊上。

“我们的系统可看作是一个涉及项目。”Maye说，“我们的目标是建立一个可以教我们很多东西的纳米生物系统，同时让我们可以克服该领域的某些重要挑战，并实现实际应用。这项设计涉及到的材料来自于我们的化学和生物学实验室，以及各种纳米科学和自组装工具。这是一个真正的多领域合作。”

Maye用纳米棒来解释他的观点，其中每个纳米棒的宽度为4纳米，长度为50纳米。“通过化学方法非常精确的合成纳米棒。为了获得最好的信息，我们认识到需要至少两种不同类型的纳米棒以及高达10种不同的组装条件，其中每种类型的纳米棒都具有三种合成上的变异体。”他如是说。

大范围的变数令Maye等人能够进一步了解纳米-生物能量转移的相关科学。

RabekaAlam G'13在到圣母大学（the University of Notre Dame）做博士后之前，以博士生身份在雪城大学主持这项研究。她说这项研究阐明了一种特殊的生物荧光共振能量转移（BRET）。“在纳米科学领域，量子点或量子棒通常作为能量供体。在我们的研究当中，能量来源于生物发光的萤光素酶。”

BRET中，酶附着在纳米棒的表面。加入荧光素，作为燃料。当酶与燃料相互作用时，会释放出能量，并转移到纳米棒上，从而引起纳米棒发光。

“提高BRET效率的诀窍是找到合适的供体-受体组合，这需要不同的纳米棒和酶。”雪城大学博士生Liliana Karam这样说，她目前负责该研究，“感谢康涅狄格学院的同行，我们能够通过基因学方法操纵多种颜色的酶，将其附着到纳米棒上。其中纳米棒由我们在雪城大学的实验室制备。”

Maye说，量子棒是由半导体元件组成的，具体来说是外壳为CdS而核心为CdSe的核-壳结构半导体。控制核的尺寸和形状、棒的长度、以及酶附着并包覆到纳米棒表面的方式，研究人员能够改变发光的颜色和强度，从而表现出该工艺的整体效率。

Maye研究团队高级成员Tennyson Doane博士后说，该项目的突破之一是命名为“棒-棒”的特殊棒。该小组已经提出了这种特殊棒结构为何能够产生高效率的假想。

“棒状的核产生的荧光是偏振的，这意味着环形的光进入，而直线型偏振光出来。”Doane补充说材料的形状使得BRET效率更高，“我们认为，只有萤光素酶排列合适的话，自组装纳米系统中的棒才会具有高的发光效率。或许有一天，控制酶的位置和生物发光极化将会引发新型的‘光开关’，其中只有某些围绕在量子棒周围的酶能够通过BRET发生相互作用。”

Maye将这称为“纳米生物应用的生物学”。

“我们所使用的纳米棒与计算机芯片、太阳能电池板、LED灯中所使用的材料相同。目前，我们的系统在红光至近红外波段内最好，即比可见光波长更长。”他这样说，暗指夜视镜、医疗成像以及快速微生物检测。“我们的研究正在申请专利。或许有一天，我们能够将萤火虫覆盖的纳米棒插入到LED灯当中，这样就不需要电源了。”

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮