Bioluminiscencia: el brillo natural

Cómo las moléculas brillantes pueden utilizarse también en la industria

23.04.2024

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Muchos organismos vivos pueden brillar en la oscuridad. Los investigadores ya utilizan esta capacidad en medicina. Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Stefan Schramm de HTWD está estudiando cómo las moléculas brillantes pueden utilizarse también en la industria.

Dresde, 17.04.2024 - La bioluminiscencia es la emisión de luz como resultado de reacciones químicas en organismos vivos. Este fenómeno se da en más de 3.500 especies diferentes de todo el mundo, ya sean luciérnagas en praderas autóctonas, hongos bioluminiscentes en la selva tropical brasileña o calamares, tiburones y bacterias que brillan en las profundidades marinas.

La bioluminiscencia se ha desarrollado de forma independiente más de 50 veces a lo largo de la evolución y cumple una gran variedad de funciones, como la comunicación, la búsqueda de alimento o la defensa contra enemigos. Se trata de un ejemplo notable de evolución convergente, lo que significa que los organismos no están relacionados entre sí pero utilizan reacciones químicas y moléculas similares para producir luz. Las moléculas son extremadamente eficaces y ayudan a los organismos a sobrevivir y reproducirse con éxito dentro de la evolución.

Los investigadores ya están utilizando esta propiedad en medicina, sobre todo en el sector bioanalítico y biomédico. Como la luz se genera dentro de una reacción química, el método no requiere luz de excitación, en comparación con tecnologías similares como la fluorescencia. En combinación con detectores modernos, pueden alcanzarse límites de detección analítica en el rango de una sola molécula. Esta sensibilidad no es posible con ninguna otra técnica. Por ello, varios grupos de investigación han desarrollado sobre esta base ensayos altamente sensibles que permiten el diagnóstico precoz de enfermedades como el VIH, el cáncer y los coronavirus.

En su artículo "Bioluminiscencia - El vibrante resplandor de la naturaleza y sus mecanismos químicos", publicado recientemente en la revista "ChemBioChem", el Prof. Dr. Stefan Schramm, catedrático de Química Orgánica Aplicada de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Dresde (HTWD), resume el estado actual de la investigación. El objetivo del artículo de revisión es ofrecer a investigadores y estudiantes una introducción de fácil comprensión al tema. Se basa en dos artículos que aparecieron en alemán en "Chemie in unserer Zeit" en 2022 y 2023.

Inspirado en la naturaleza para la aplicación industrial

En el futuro, el equipo del profesor Schramm investigará cómo las moléculas naturales que se han desarrollado y optimizado a lo largo de más de 120 millones de años de evolución pueden mejorarse para su uso en electrónica orgánica y fotocatálisis. La idea es desarrollar las llamadas BiOLEM (Biologically Inspired Organic Light Emitting Molecules). Con su aplicación, los OLED (diodos orgánicos emisores de luz), por ejemplo, instalados actualmente en miles de millones de teléfonos inteligentes y que contienen complejos de metales pesados tóxicos y muy perjudiciales para el medio ambiente, pueden sustituirse por moléculas biológicas puramente orgánicas e, idealmente, también completamente biodegradables en el medio ambiente.

El segundo campo de aplicación se refiere a la fotocatálisis, una tecnología clave para promover la sostenibilidad en la industria química. Para que la fotocatálisis sea eficaz se necesitan fotocatalizadores de alta calidad. Las moléculas orgánicas emisoras de luz de inspiración biológica (BiOLEM) también pueden utilizarse con este fin.

Futuro de la enseñanza: práctica y teoría de la química

El Dr. Stefan Schramm enseña en la Facultad de Agricultura/Medio Ambiente/Química (LUC) de la HTWD desde marzo de 2024. En su opinión, la química orgánica en particular ofrece a los estudiantes una perspectiva fascinante y práctica. En la clase "Química orgánica basada en materias primas renovables", por ejemplo, aborda las sustancias naturales y su uso industrial. Se presta especial atención a la bioluminiscencia, la quimioluminiscencia y los diodos orgánicos emisores de luz, que inspiran a los estudiantes con sus impresionantes fenómenos luminosos y tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria química. "Estos temas no sólo son instructivos, sino que también abren las puertas a los estudiantes a empresas del campo bioanalítico y a instituciones de investigación de Dresde y alrededores que se ocupan de la electrónica orgánica", afirma Schramm.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.