Классификация явлений люминесценции

По типу возбуждения различают: ионолюминесценцию, кандолюминесценцию, радиолюминесценцию, рентгенолюминесценцию, электролюминесценцию, фотолюминесценцию, хемилюминесценцию, триболюминесценцию, звуковуюлюминесценцию, кристаллолюминесценция.

Звуковая люминесценция. Человечество давно мечтает получить источник неограниченной энергии. Для этого необходим управляемый ядерный синтез. Новые сенсационные открытия физиков вселяют робкие надежды. Не исключено, что только что сделан серьезный шаг в этом направлении. По крайней мере, на это могут указывать результаты работ российско-американской исследовательской группы, анонсированные журналом Science. В эту группу, руководимую физиком Р. П. Телеярханом из Национальной лаборатории в Оак-Ридж, штат Теннеси, входят ученые из Политехнического университета им. Ренссилира и российские физики во главе с академиком РАН Р.Нигматулиным. Ученые создали особую форму ацетона, добавив в него атомы изотопа водорода — дейтерия. Затем они охладили раствор и обстреляли его ультразвуковыми импульсами. Это вызвало явление акустической кавитации, когда в растворе появляются лопающиеся миниатюрные пузырьки. В случае с «тяжелым» ацетоном они стали лопаться, посылая импульсы света и высокоэнергетичные нейтроны. По оценкам экспериментаторов, температура внутри пузырьков могла достигать 10 миллионов градусов, что сравнимо с температурой не только поверхности Солнца, но и внутренних слоев, где и происходит ядерный синтез. Важно то, что зафиксированное явление вызвано звуком. Ученым давно известно явление звуковой люминесценции, при которой мощные вспышки ультразвука заставляют пузырьки жидкости лопаться со вспышками света. Физик Сет Паттерман из Калифорнийского университета предположил, что столь стремительный коллапс пузырьков может разогреть содержащийся внутри них газ до температур, достаточных для начала ядерного синтеза.

Хемилюминесценция. В последнее время все больший интерес привлекает собственное («сверхслабое») свечение клеток и тканей животных и человека, которое обусловлено реакциями свободных радикалов: радикалов липидов и кислорода, а также окиси азота, — соединениями, играющими огромную роль в жизни организма, а при определенных условиях — и развитии ряда патологических состояний.

Отечественный ученый А. Г. Гурвич был первым, кто указал на существование собственного слабого свечения клеток животных и растений, названного им «митогенетическими лучами». Согласно А. Г. Гурвичу, митогенетические лучи — это очень слабое ультрафиолетовое излучение клеток, которое индуцирует деление окружающих клеток. Хотя сам А. Г. Гурвич использовал для обнаружения лучей только «биологический детектор» [31], т. е. разные делящиеся клетки, его последователи в России (С. Родионов и Г. М. Франк, 1934 г.) и за рубежом (R. Aubert, 1938 и другие) разработали физический детектор излучения: газоразрядный счетчик фотонов с кварцевым окном, прозрачным для УФ-лучей.

В 1956 году группа итальянских авторов использовала сходную технику для изучения свечения проростков растений. Сверхслабое свечение животных клеток и тканей было изучено в работах Ф. Ф. Литвина (1959 г.), Б. Н. Тарусова и сотрудников (1961 г.) также с помощью фотоумножителя, охлаждаемого жидким азотом. В настоящее время слабое свечение удается изучать не только в растворах или суспензиях клеток, но и на целых органах в составе организма, например, печени или легкого. Почти сразу после того, как появились первые работы по собственной хемилюминесценции клеток и тканей, были сделаны попытки использовать этот показатель в целях клинической диагностики. По понятным причинам первыми объектами были цельная кровь и плазма крови больных людей. Поскольку собственное свечение было очень слабым, и измерять его было трудно, было сделано много попыток усилить это свечение: к плазме крови добавляли красители, перекись водорода, ионы двухвалентного железа и т. д. Активированная хемилюминесценция довольно широко применяется в клиническом биохимическом анализе.

Биолюминесценция — это хемилюминесценция живых организмов, видимое простым глазом. Способностью к ней обладают организмы, принадлежащие к самым разным систематическим группам: бактериям, грибам, моллюскам, насекомым.

Всем известная биолюминесценция светлячков происходит в результате биохимической реакции окисления светлячкового люциферина кислородом воздуха в присутствии аденозинтрифосфорной кислоты (ATP):

E + LH2 + ATP > E-LH2-AMP + PP.

E-LH2-AMP P*-E-AMP > E + P + AMP + hн Здесь AMP — аденозинмонофосфат, PP — пирофосфат, E — люцифераза, LH2 — люциферин, P* и P — продукт реакции (оксилюциферин) в возбужденном и основном состояниях, соответственно. В отсутствие АТФ биолюминесценция не наблюдается. Поскольку биосинтез АТФ — показатель нормальной жизнедеятельности клеток, препарат люциферин — люцифераза светляка используют для обнаружения бактериального заражения в какой-либо среде, оценки жизнеспособности эритроцитов при консервировании крови, изучения действия на микроорганизмы антибиотиков и т. д. Можно использовать светящиеся бактерии и в качестве «лабораторного животного», т. е. живых организмов, на которых изучают, к примеру, действие различных токсических веществ. Светящиеся бактерии весьма чувствительны к примесям токсических веществ в воде, и измерение биолюминесценции можно использовать для оценки загрязнения воды токсическими соединениями, скажем ионами тяжелых металлов. С другой стороны, биолюминесценцию бактерий можно использовать для предварительной оценки эффективности новых антибиотиков.

В последнее время для обнаружения малых количеств ионов кальция широко используется хемилюминесценция белка, выделенного из медузы Aequorea. Вследствие малой инерционности и высокой чувствительности биолюминесцентный метод весьма эффективен при изучении высвобождения и связывания Са2+ в биологических системах, например, во время мышечного сокращения. При этом экворин добавляют прямо к изучаемому объекту и по интенсивности биолюминесценции следят за динамикой изменения содержания свободного кальция.