давно - очки с фотохромными стеклами появились лет десять-пятнадцать назад. Их стекла темнеют на ярком свету, а в комнате или в тени просветляются. Если на такое стекло в тени наложить какой-нибудь трафарет, лезвие бритвы, например, и на несколько секунд осветить ярким светом, то лезвие отпечатается на короткое время в виде негативного изображения. О фотохромах мы поговорим подробно попозже, а сейчас вернемся к сетчатке глаза.
Когда из нее впервые выделили вещество, отвечающее за поглощение света и преобразование его в нервные импульсы, из которых в мозгу создается видеообраз, оно оказалось ярко-красного цвета. Поэтому его долго называли зрительным пурпуром. Пробирка со зрительным пурпуром на свету довольно быстро из ярко-красной становилась бледно-желтой.
Зрительный пурпур обесцвечивался необратимо и в темноте не восстанавливался. Теперь известно, что это вещество состоит из молекул белка, который называют родопсином. Точнее, это ретиналь-белковый комплекс, так как к молекуле белка прикреплен ретиналь (известный нам витамин А) г и именно этот комплекс имеет способность поглощать видимый свет и преобразовывать его. Отдельно белок и отдельно ретиналь таким свойством не обладают.
Но почему в глазу животных родопсин восстанавливается после экспозиции светом, а в пробирке нет? Почему в сетчатке живого глаза он ведет себя как фотохром, а в пробирке как фотоматериал, похожий на обычный фотографический? В “живом” глазу родопсин восстанавливается за счет специального фермента, вырабатываемого организмом, а в пробирке его нет. И в мертвом организме он перестает вырабатываться. Вот на что рассчитывал Кюне: в отруб… э… в отделенной от туловища голове фермент должен перестать вырабатываться, и изображение на сетчатке по должно стираться за счет появления новых молекул родопсина.
Другой ученый доказал, что это действительно так. Он сажал кролика перед ярким окном с несколькими оконными рамами, фиксировал его голову на некоторое время так, чтобы кролик смотрел только на окно.
Затем убивал животное, отделял голову (ученые придумали для этого процесса красивое слово “декапитировать”; “капитис” - голова, а приставка “де” всегда означала удаление) и извлекал глаза. Далее все как у Кюне.
Изображение переплета было видно ясно, но не четко - процесс восстановления, хоть и небольшой, идет какое-то время после смерти и размывает изображение.
Если в темноте нанести родопсин в виде тонкого слоя на стеклянную пластинку, то можно получить фотопластинку одноразового действия.
Изображение на ней проявится сразу в процессе экспозиции, а зафиксировать его можно быстро, высушив слой, то есть удалив воду. Без воды биологические процессы, как правило, не идут. Конечно, такая фотопластинка непрактична, качество изображения неважное, а главное - где брать глаза для серийного выпуска? Родопсин, как и любой белок, нестоек, и пленка хранится недолго. Но вот что интересно: если сухую пленку увлажнить, то изображение на ней исчезнет, и можно ее еще раз экспонировать. Как фотохромную! Короче, все не так просто в необыкновенных фоторегистрирующих материалах, особенно биологического происхождения. Но… Новые материалы нужны! Нужны взамен традиционных фотоматериалов на основе солей серебра. Потребление серебра на земле растет быстрее, чем добыча. Приходится выделять серебро из отработанных фиксажных растворов и применять экономные технологии.
С появлением лазеров и с ними новых направлений в науке, таких, как оптоэлектроника, интегральная оптика, голография и т. д., появилась необходимость в совершенно новых фотоматериалах.
Основой фоточувствительного состава по-прежнему являются соли серебра. И способ проявления остается “мокрым”, то есть растворы проявителя и закрепителя необходимы для получения качественного изображения. Даже знаменитый “Поляроид”, фотоаппарат, из которого готовая цветная фотография появляется фазу после экспозиции, использует такой же химический процесс проявления-закрепления.
Сейчас почти сорок процентов всех выпускаемых фотоматериалов используется для копирования книг, журналов, чертежей, документов, схем и т. д. Как правило, изображение их уменьшается во много раз, а воспроизводятся для чтения на специальных увеличивающих аппаратах. Для этого используются высокоразрешающие фотопленки или специальные микрофиши - гибкие фотопластинки. Фотоматериала для целей копирования требуется очень много. Чем заменить “серебряный” фотоматериал?
Чем лучше фотоматериал, тем больше информации можно записать на одну микрофишу. Например архивный материал, копии редких книг, справочники и т. д.
Исследование и разработка фотохромных материалов ведется уже третье десятилетие, но идеального материала, который удовлетворил бы всех, пока не найдено. Фотохромный материал можно использовать и как оперативную память, и как элемент обработки оптической информации, и как материал для экранов больших “дисплеев, величиной с киноэкран, и для многих современных систем оптоэлектроники и оптических компьютеров будущего.
Еще во времена Александра Македонского были известны вещества, которые изменяли свой цвет в зависимости от яркости дня, и это помогало определять военачальникам начало военных действий. Таким веществом пропитывали платки или нарукавные повязки, и смена цвета являлась сигналом к началу атаки. Это был и первый простейший люксметр - измеритель яркости.
Красителями служили вещества органического происхождения, краситель выделялся из растений или животных. Окружающий нас мир ярок, но далеко не все краски фотохромны. Большинство из них на свету медленно разлагаются или, как говорят, выгорают. Большинство фотохромов после восстановления недосчитываются тысяч молекул, которые по разным причинам теряют фотохромные свойства. Фотохром считается неплохим, если выдерживает несколько десятков тысяч циклов записьстирание.
Что привлекает ученых в фотохромных материалах? Прежде всего их оптическая память. Она намного компактнее, чем магнитная, которая сегодня широко используется в ЭВМ и бытовой радиотехнике.
На сегодня разработано огромное количество типов фотохромов. Материал для их изготовления, как правило, синтезируют искусственным путем из органических, неорганических соединений, это могут быть стекла, кристаллы, сложные и простые красители, полимеры и полупроводники.
Есть фотохромы, у которых время памяти исчисляется годами, у других долями секунды, большинство фотохромов “чувствует” ультрафиолетовое излучение…
А вот о биологических фотоформах заговорили совсем недавно, хотя зависимость биореакций от света известна давно. Даже загар кожи - не что иное, как светозависимая биологическая реакция.
Бактерия изменяет направление своего движения в зависимости от интенсивности и спектрального состава света; в организме имеются белки или их комплексы, отвечающие за преобразование кванта света в такой вид энергии, который может усваиваться или запасаться организмом в процессе его роста и развития. Некоторые из этих белковых образований способны к фотохромии, впрочем, иногда это более простые молекулы, чем белки.
В синезеленых водорослях есть вещество, фикохром, который под светом изменяет зеленый цвет на красный, а в темноте становится зеленым. В других водорослях вещество флавопротеин из синего цвета переходит в желтый под светом, а в темноте возвращается в исходный. Родопсин и хлорофилл в искусственных условиях ведут себя как фотохромы. Есть даже патенты на биологические фотоматериалы, но практического применения они еще не нашли: нетехнологичны!
В 1973 году в одном из научных журналов появилась статья американского и немецкого ученых о том, что в бактериях, живущих в соленых озерах, обнаружен белковый комплекс, похожий на родопсин глаза животных. Эти бактерии - галофильные. “Галос” - соль, “фило” - люблю (племя, род, вид). Вид бактерий, любящих соль, живет в сверхсоленых озерах - в Кара-Богаз-Голе, в Мертвом море, в Великих соленых озерах США. Кто пролетал над Краснове деком, мог видеть синие, желтые, красные, вишневые, фиолетовые пятна озер. Цвет им придают галофильные бактерии. Если озеро фиолетовое, то в нем наверняка обитают бактерии с бактериальным родопсином или. как принято его сейчас называть, бактериородопсином.
Зачем галофилам бактериородопсин? Родопсин глаза (зрительный родопсин) преобразует свет в нервный импульс, хлорофилл листа растений обеспечивает фотосинтез зеленой массы, в фотосинтезирующих бактериях бактериохлорофилл обеспечивает рост и развитие бактерий за счет энергии солнца. В галофилах, имеющих бактериородопсин, происходит преобразование энергии света в энергию для жизни этой бактерии, накапливается АТФ - известный аккумулятор, хранитель и переносчик энергии живой
