Bioluminescence - l'éclat naturel
Comment les molécules lumineuses peuvent-elles être utilisées dans l'industrie ?
De nombreux organismes vivants peuvent briller dans l'obscurité. Les chercheurs utilisent déjà cette capacité en médecine. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Stefan Schramm de la HTWD étudie comment les molécules lumineuses peuvent également être utilisées dans l'industrie.
Dresde, 17.04.2024 - La bioluminescence est l'émission de lumière résultant de réactions chimiques dans les organismes vivants. Ce phénomène existe chez plus de 3 500 espèces différentes dans le monde, qu'il s'agisse de lucioles dans les prairies indigènes, de champignons bioluminescents dans la forêt tropicale brésilienne ou de calmars, de requins et de bactéries luminescents dans les profondeurs de la mer.
La bioluminescence s'est développée indépendamment plus de 50 fois au cours de l'évolution et remplit toute une série de fonctions différentes, par exemple la communication, la recherche de nourriture et la défense contre les ennemis. Il s'agit d'un exemple remarquable d'évolution convergente, ce qui signifie que les organismes ne sont pas apparentés les uns aux autres mais qu'ils utilisent des réactions chimiques et des molécules similaires pour produire de la lumière. Les molécules sont extrêmement efficaces et aident les organismes à survivre et à se reproduire au cours de l'évolution.
Les chercheurs utilisent déjà cette propriété en médecine, en particulier dans le secteur bioanalytique et biomédical. La lumière étant générée par une réaction chimique, la méthode ne nécessite pas de lumière d'excitation, contrairement à des technologies similaires telles que la fluorescence. En combinaison avec des détecteurs modernes, il est possible d'atteindre des limites de détection analytique de l'ordre de la molécule unique. Une telle sensibilité n'est possible avec aucune autre technique. Plusieurs groupes de recherche ont donc mis au point des tests très sensibles sur cette base qui permettent le diagnostic précoce de maladies telles que le VIH, le cancer et le coronavirus.
Dans son article intitulé "Bioluminescence - The Vibrant Glow of Nature and its Chemical Mechanisms", récemment publié dans la revue "ChemBioChem", le professeur Stefan Schramm, professeur de chimie organique appliquée à l'université des sciences appliquées de Dresde (HTWD), résume l'état actuel de la recherche. L'objectif de cet article de synthèse est de fournir aux chercheurs et aux étudiants une introduction facile à comprendre sur le sujet. Il est basé sur deux articles parus en allemand dans "Chemie in unserer Zeit" en 2022 et 2023.
Des applications industrielles inspirées de la nature
À l'avenir, l'équipe du professeur Schramm étudiera comment les molécules naturelles qui se sont développées et optimisées au cours de plus de 120 millions d'années d'évolution peuvent être améliorées pour être utilisées dans l'électronique organique et la photocatalyse. L'idée est de développer ce que l'on appelle des BiOLEMs (Biologically Inspired Organic Light Emitting Molecules). Grâce à leur application, les OLED (diodes électroluminescentes organiques), par exemple, qui équipent actuellement des milliards de smartphones et contiennent des complexes de métaux lourds toxiques et très nocifs pour l'environnement, peuvent être remplacées par des molécules biologiques purement organiques et, idéalement, entièrement biodégradables dans l'environnement.
Le deuxième domaine d'application concerne la photocatalyse, une technologie clé pour promouvoir la durabilité dans l'industrie chimique. Des photocatalyseurs de haute qualité sont nécessaires pour une photocatalyse efficace. Les molécules organiques émettrices de lumière d'inspiration biologique (BiOLEM) peuvent également être utilisées à cette fin.
L'avenir de l'enseignement : la pratique et la théorie de la chimie
Stefan Schramm enseigne à la faculté d'agriculture, d'environnement et de chimie (LUC) de la HTWD depuis mars 2024. Selon lui, la chimie organique en particulier offre aux étudiants une perspective fascinante et pratique. Dans le cours "Organic chemistry based on renewable raw materials" (Chimie organique basée sur des matières premières renouvelables), par exemple, il discute des substances naturelles et de leur utilisation industrielle. Une attention particulière est accordée à la bioluminescence, à la chimiluminescence et aux diodes électroluminescentes organiques, qui inspirent les étudiants par leurs phénomènes lumineux impressionnants et qui ont un large éventail d'applications dans l'industrie chimique. "Ces sujets ne sont pas seulement instructifs, ils ouvrent également aux étudiants des portes vers les entreprises du secteur de la bioanalyse et vers les instituts de recherche de Dresde et des environs qui travaillent dans le domaine de l'électronique organique", explique M. Schramm.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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