Véletlenszerű lézer
A véletlenszerű lézer (random laser) olyan lézertípus, amelyben a fény többször szétszóródik egy rendezetlen anyagban, mielőtt fókuszált sugárként jelenik meg. Ellentétben a hagyományos lézerekkel, amelyek keskeny, irányított fényt bocsátanak ki, egy véletlenszerű lézer sok irányba szórja a fényt. Ez lehetővé teszi, hogy egyenletesebben világítsa meg a biológiai mintákat, és részletes információkat adjon a szövet szerkezeteiről. Az intenzív, de diffúz fény áthatol a szöveten anélkül, hogy kárt okozna benne, ezért ezek a lézerek ígéretesek az orvosi képalkotás és a korai betegségdiagnosztika szempontjából.
A hagyományos véletlenszerű lézeranyagok gyakran mérgezőek, drágák és bonyolult az előállításuk, ezért a kutatások a biológiai alapanyagok felé indultak el. Létezik néhány korábbi tanulmány is, amely olyan bioanyag-alapú véletlenszerű lézerek felhasználásáról készült, melyek például klorofillel kombinált tengeri fülcsiga héjakból vagy korallcsontvázakból készültek.
Szénpöttyök nyírfalevelekből
A svédországi Umeå Egyetem kutatócsoportja régóta dolgozik a helyi, megújuló erőforrások, új technológiák kiaknázásán. Két évvel ezelőtt már publikáltak egy tanulmányt, amely bemutatta, hogyan használható az egyetem kampuszán gyűjtött nyírfalevél szerves félvezetők előállítására. Továbblépve, az Umeå Egyetem Fizika Tanszékének docense, Jia Wang és munkatársai 2025-ben két gyakori természetes anyagból készítettek lézert: nyírfa leveleket és mogyorómagokat használtak. Az eredményeket a Nanophotonics c. tudományos folyóiratban publikálták, ahol bemutatták, hogyan lehet egy véletlenszerű lézert teljes egészében biológiai anyagokból előállítani.
1. ábra. Bioanyag-alapú véletlenszerű lézer aktivált állapotban (fent). Ugyanaz a lézer, nappali fényben (lent)
Fotó: Umeå University
A lézer maga továbbra is külső fényforrásból működik, de a fényt szóró és felerősítő funkcionális részek teljes egészében bioanyagokból készülnek. Nanométer méretű széndarabokat állítottak elő nyírfa levelekből, amelyek végső soron egy drain elektródát alkotnak. Jia Wang elmondása szerint „a szénpöttyök szintézise lényegében egy egylépéses nyomás alatti főzési folyamat". A mogyorómagokat kis kockákká vágták, amelyek durva és szabálytalan felületei segítenek a fény fogságba ejtésében és szétszórásában. Ennek betudhatóan ahelyett, hogy komplex technológia lenne szükséges a diffúzióhoz, a mogyorómag természetes mikroszerkezete önállóan elvégzi a feladatot. A kutatók tesztelték, mennyi energia szükséges ahhoz, hogy az így előállított lézer fényt bocsásson ki. Az eredmények azt mutatták, hogy ugyanolyan jól teljesít, mint a mesterséges lézerek.
A kutatók szerint ennek a bioanyag-alapú véletlenszerű lézernek a lehetőségei túlmutatnak a bioképalkotáson és a diagnosztikán. Alacsony költségének, megújulóképességének és biztonságának köszönhetően felhasználható például optikai azonosító címkeként a nagy értékű dokumentumok, luxustermékek és elektronikus eszközök hitelesítéséhez, beazonosításához.
Gombákat dolgoztatnának
Az ACS Sustainable Chemistry & Engineering egy híre szerint a svájci Empa (Svájci Szövetségi Anyagkutatási és Műszaki Laboratórium) kutatói mikrobiális üzemanyagcellát készítettek, amelynek anódjához és katódjához két különböző gombafajt használtak fel. Az anód szerepét egy élesztőgomba kapta, amely az anyagcseréje során elektronokat szabadít fel. A katódot egy fehérrothadást előidéző gombafajta alkotja, melynek speciális enzimjei az elektronokat fel tudják venni. A gombák ilyetén való működéshez szükségük van tápanyagokra, ezért a berendezés cukrokat is tartalmaz, melyek falhasználásával állítják elő a gombák a kellő mennyiségű elektront.
2. ábra. Gomba alapú mikrobális üzemanyagcella előállításának lépései
Ábra: ACS Sustainable Chemistry & Engineering
Az előállítás során a kutatók a gombasejteket biotintával vegyítették, majd 3D-nyomtatással készítették el a struktúrát, amit cellulóz alapra helyeztek. A gombák ennek a cellulóznak az összetevőit is fel tudják használni az anyagcseréjükhöz, ezért a tápanyagok kiürülése esetén magát az alapot kezdik lebontani. Végső soron tehát az áramforrás működése végeztével mintegy megeszi saját magát, azaz környezetbarát módon lebomlik. Egy ilyen áramforrás maximális teljesítménysűrűsége elég kicsiny 12,5 μW/cm2, és maximális áramsűrűség 22 kΩ terhelésen 49,2 μA/cm2. A potenciális felhasználási körüket a kis méretű, és szerény energiaigényű szenzorok jelentik majd, amelyekkel többek között a hőmérséklet monitorozását lehet megoldani.
Globálisan a világ évente sok tízmillió tonna elektronikai hulladékot termel, és ez a mennyiség évente 3-4 százalékkal növekszik. Csak példaként: Európa a világ második legnagyobb elektronikai hulladéktermelője, évente körülbelül 12,3 millió tonna elektronikus berendezést és akkumulátort dob ki. Ez a hulladék mennyiség 330 ezer tonna rezet és 31 tonna aranyat rejt. Jellemzően a régebbi berendezéseknek nagyobb a fémtartalma. Azonban ezek kinyerése nem könynyű dolog, mert alacsony a számunkra hasznos anyagok koncentrációja. Egy új kutatás szerint ebben segíthetnek a gombák.
3. ábra. A gomba termőteste és micélium telepe
Forrás: realmushrooms.com
Amikor a boltban, vagy az erdőt járva gombát látunk, az csak annak a termőteste. Maga a gomba legtöbbször rejtve van, jellemző módon a földben, szétterjedő mikroszkopikus hálózatokat, micéliumokat alkotnak. A micélium milliónyi apró, gyökérszerű szálán keresztül szívja fel a tápanyagokat a gomba. A Bécsi Egyetem kutatói kiderítették, a gombák ritkaföldfémeket is képesek felszívni. A bioremediációnak nevezett folyamat végén a gombákat energiaforrásként el lehet égetni, a ritkaföldfémeket pedig ki lehet választani a keletkező hamuból. Az Arizonai Egyetemen is vizsgálják a gombák felhasználását a ritkaföldfémek és a réz kinyeréséhez. Szerintük a gombák az ipari és szennyezett helyszíneken genetikailag már alkalmazkodtak a ritkaföldfémek viszonylag magas koncentrációjának felszívásához. Ugyanakkor szakértők felhívják a figyelmet arra, hogy a gombák nagymértékű termesztése környezeti kockázatokkal járhat, mert megváltoztathatja a természetes biomot.
