Дослідники з Університету Колорадо в Боулдері успішно використовували природне блакитне світіння виду морських водоростей для створення структур, що світяться, надрукованих на 3D-принтері. Уклавши Pyrocystis lunula у гідрогель, команда створила форми, що випромінюють стійке ціанове світло, що відкриває перспективи для екологічного освітлення та датчиків навколишнього середовища.
Від механічного впливу до хімічного тригера
Pyrocystis lunula – це одноклітинний організм, відомий своїми блискучими блакитними спалахами, які часто можна побачити в хвилях біля узбережжя, що розбиваються. Протягом багатьох років вчені намагалися відтворити цю біолюмінесценцію у контрольованих умовах. Джулія Бракі, дослідниця з CU Boulder, спочатку намагалася імітувати механічну дію океанських хвиль шляхом повільного стиснення водоростей у темній лабораторії. Однак цей метод виявився складним для контролю та давав нестабільні результати.
Шукаючи більш надійного тригера, команда звернулася до хімії. Попередні дослідження показали, що вплив кислоти знижує рівень pH всередині органел водоростей, що світяться, викликаючи свічення. Коли Шлюби додала трохи кислий розчин у флакон з водоростями, результат був миттєвим і вражаючим.
«Я подумала: “Почекайте хвилину, це світло [відбивається] від ноутбука?”», – Згадує Браки. Водорості перетворилися на те, що вона описала як «живі блискітки», випромінюючи рівне світло до 25 хвилин.
Друк світлом
Прорив дозволив дослідникам вийти за межі простих колб. Вони уклали водорості в гідрогель – водну, желеподібну субстанцію, що підходить для 3D-друку. Використовуючи це біо-чорнило, вони надрукували різні форми, включаючи серп місяця, створений для імітації мікроскопічного виду водоростей. Ці структури випромінювали яскраве, стабільне ціаново-синє світло.
Біологічний механізм цього світіння, що самовідновлюється. Водорості містять фермент люциферазу, який реагує зі з’єднанням люциферином (обидві назви походять від латинського lucifer, що означає «світлоносець»). Згідно з професором Уїлом Срубаром з CU Boulder, поки водорості мають доступ до морської води, вони можуть продовжувати виробляти світло без зовнішніх джерел живлення.
Потенційні застосування та вплив на довкілля
Наслідки цього «живого світла» виходять за межі новизни. Професор Срубар передбачає потенційне використання в споживчих товарах, таких як палички, що світяться, або браслети для заходів. Більш того, технологія може бути інтегрована в біосенсори, які світяться за наявності екологічних токсинів, забезпечуючи видиме, реальне попередження про забруднення.
Професор Кріс Хоу з Кембриджського університету, який не брав участі у дослідженні, наголосив на екологічних перевагах. Багато невеликих портативних світлових пристроїв залежать від одноразових батарей, які створюють значний обсяг відходів після розряду. Перехід на біолюмінесцентні альтернативи може значно скоротити це електронне сміття.
«Перенесення технології з контрольованих лабораторних умов до реальних буде складним, але це справді цікавий перший крок», — зазначив Хоу.
Проблеми та невирішені питання
Незважаючи на успіх, практичні перешкоди залишаються. Ентоні Кемпбелл, почесний професор університету Кардіффа, висловив скептицизм щодо довгостроковості виживання водоростей в умовах дослідження. Кислотний розчин, що використовується в експерименті, мав pH 4 – порівнянний з томатним соком, – що Кемпбелл відзначив як украй стресове для організмів. “Їм це не подобається”, – сказав він, припускаючи, що довгострокове виживання в таких середовищах невизначене.
Крім того, еволюційне призначення цієї біолюмінесценції залишається загадкою. Вчені не змогли остаточно визначити, чому Pyrocystis lunula еволюціонувала, щоб випромінювати світло. Провідна теорія свідчить, що спалахи є захисним механізмом, потенційно лякаючи хижаків або залучаючи великих тварин, які з’їдають цих хижаків – явище, відоме як гіпотеза «сигналізації».
«На мою думку, це цілком правдоподібне пояснення, але воно, безумовно, невідоме напевно», – додав Хоу.
Висновок
Це дослідження є значним кроком у поєднанні біології та виробництва, демонструючи, що живі організми можуть бути інтегровані у функціональні, що світяться конструкції. Незважаючи на проблеми з виживанням організмів і їх застосуванням в реальних умовах, здатність 3D-друкувати з використанням біолюмінесцентних водоростей пропонує перспективну, стійку альтернативу традиційним технологіям освітлення.
