Premières investigations
Bien que la foudre, les aurores boréales et la faible lumière des vers luisants et des champignons aient toujours été connues de l’humanité, les premières investigations (1603) de la luminescence ont commencé avec un matériau synthétique, lorsque Vincenzo Cascariolo, alchimiste et cordonnier à Bologne, en Italie, a chauffé un mélange de sulfate de baryum (sous forme de baryte, longeron lourd) et de charbon; la poudre obtenue après refroidissement présentait une lueur bleuâtre la nuit, et Cascariolo a observé que cette lueur pouvait être restaurée par exposition de la poudre à la lumière du soleil. Le nom de lapis solaris, ou « pierre de soleil », a été donné au matériau parce que les alchimistes espéraient au début qu’il transformerait les métaux plus bas en or, le symbole de l’or étant le Soleil. La rémanence prononcée a suscité l’intérêt de nombreux savants de cette période, qui ont donné au matériau d’autres noms, y compris le phosphore, signifiant « porteur de lumière », qui a ensuite été appliqué à tout matériau qui brillait dans l’obscurité.
Aujourd’hui, le nom phosphore est utilisé uniquement pour l’élément chimique, alors que certains matériaux luminescents microcristallins sont appelés phosphores. Le phosphore de Cascariolo était évidemment un sulfure de baryum; le premier phosphore disponible dans le commerce (1870) était la « peinture de Balmain », une préparation de sulfure de calcium. En 1866, le premier phosphore stable de sulfure de zinc a été décrit. C’est l’un des phosphores les plus importants de la technologie moderne.
L’une des premières recherches scientifiques sur la luminescence exposée par le bois ou la chair en décomposition et par les vers luisants, connue depuis l’antiquité, a été réalisée en 1672 par Robert Boyle, un scientifique anglais, qui, bien qu’ignorant l’origine biochimique de cette lumière, a néanmoins établi certaines des propriétés de base des systèmes bioluminescents: que la lumière est froide; qu’elle peut être inhibée par des agents chimiques tels que l’alcool, l’acide chlorhydrique et l’ammoniac; et que l’émission de lumière dépend de l’air (comme établi plus tard, de l’oxygène).
En 1885-1887, on a observé que des extraits bruts préparés à partir de lucioles antillaises (Pyrophorus) et de la palourde ennuyeuse, les Pholes, produisaient une réaction électroluminescente lorsqu’ils étaient mélangés. L’une des préparations était un extrait d’eau froide contenant un composé relativement instable à la chaleur, la luciférase; l’autre était un extrait d’eau chaude contenant un composé relativement stable à la chaleur, la luciférine. La réaction luminescente qui s’est produite lorsque des solutions de luciférase et de luciférine ont été mélangées à température ambiante suggère que toutes les réactions bioluminescentes sont des « réactions luciférase–luciférase. »Compte tenu de la nature complexe des réactions bioluminescentes, il n’est pas étonnant que ce concept simple de bioluminescence ait dû être modifié. Seul un petit nombre de systèmes bioluminescents ont été étudiés pour leur luciférine respective et la luciférase correspondante, la plus connue étant la bioluminescence des lucioles des États-Unis, un petit crustacé vivant dans la mer du Japon (Cypridina hilgendorfii), et des poissons et des chairs en décomposition (bioluminescence bactérienne). Bien que les systèmes bioluminescents n’aient pas encore trouvé d’applications pratiques, ils sont intéressants en raison de leur grande efficacité de luminescence.
Les premiers matériaux chimiluminescents efficaces étaient des composés synthétiques non biologiques tels que le luminol (de formule 5-amino-2,3-dihydro-1,4-phtalazinedione). La forte chimiluminescence bleue résultant de l’oxydation de ce composé a été signalée pour la première fois en 1928.