Światło bez prądu: naukowcy wykorzystują żywe glony

Świecące algi coraz wyraźniej wychodzą poza domenę morskiej ciekawostki i wchodzą do laboratoriów jako kandydatki na „żywe” źródło światła. Zespół badaczy z University of Colorado Boulder znalazł sposób, by bioluminescencję glonów Pyrocystis lunula uruchamiać i podtrzymywać bez prądu – za pomocą prostych roztworów chemicznych. Dzięki temu uzyskano jasną, skoncentrowaną poświatę.

Chemia zamiast przełącznika

W naturze Pyrocystis lunula potrafią błysnąć krótkim, niebieskawym światłem, gdy zostaną poruszone przez fale lub przepływającą łódź. To jednak zwykle kwestia milisekund – efektowne, lecz trudne do wykorzystania w praktyce. Badacze sprawdzili więc, czy da się przedłużyć ten efekt w komórkach glonów, wykorzystując reakcje chemiczne.

Zespół poddał algi działaniu dwóch środowisk o skrajnych wartościach pH: kwaśnego (pH 4, porównywanego do soku pomidorowego) oraz zasadowego (pH 10, czyli mniej więcej tyle, co w łagodnym mydle). Oba warianty uruchamiały produkcję światła, ale różnica była wyraźna. W roztworze kwaśnym poświata była jaśniejsza, bardziej skoncentrowana i potrafiła utrzymać się do 25 minut. W środowisku zasadowym świecenie rozpraszało się i gasło szybciej.

Żywe światło wydrukowane 3D

Kluczowym krokiem okazało się nie tylko pobudzenie alg, ale też nadanie im formy, którą da się kształtować. Badacze osadzili Pyrocystis lunula w naturalnie pozyskiwanym hydrożelu – materiale, który jest przyjaznym środowiskiem dla organizmów. Następnie uformowali ten hydrożel metodą druku 3D w różne wzory i kształty, m.in. w motyw półksiężyca (taki kształt mają komórki P. lunula) oraz logo uniwersytetu.

Gdy gotowe struktury zetknięto z roztworem kwaśnym lub zasadowym, glony wewnątrz zaczynały emitować światło, a całość podświetlała się na niebiesko. Ważne jest też to, co działo się później: w wydrukowanych strukturach algi pozostawały żywe tygodniami. Najlepiej sprawdzał się wariant kwaśny. W takich wydrukach P. lunula zachowywały 75% jasności nawet po czterech tygodniach.

To przesuwa bioluminescencję z obszaru jednorazowych efektów w stronę materiałów do praktycznego wykorzystania. Zamiast oddzielnych „źródeł światła” pojawia się koncepcja obiektów, które świecą jako całość – dokładnie tam, gdzie zaplanowano to podczas projektowania wydruku.

Gdzie takie materiały mogą mieć sens?

Wskazywane zastosowania wykraczają daleko poza widowiskowe wzory. Jednym z kierunków są autonomiczne roboty przeznaczone do działania w ciemnych środowiskach, takich jak głębiny czy przestrzeń kosmiczna. Czyli tam, gdzie liczy się każda oszczędność energii i gdzie baterie bywają ograniczeniem. Żywe materiały mogłyby dostarczać światło bez klasycznego zasilania.

Drugi obszar to czujniki jakości wody. Zespół planuje sprawdzić, czy Pyrocystis lunula reagują także na inne substancje chemiczne. Jeśli tak, ich świecenie mogłoby stać się czytelnym wskaźnikiem obecności określonych związków, w tym toksyn.

Ważny jest też wymiar ekologiczny. Pyrocystis lunula przeprowadzają fotosyntezę, pochłaniając dwutlenek węgla rozpuszczony w wodzie. To otwiera przestrzeń do myślenia o technologiach, które nie tylko zużywają energię, lecz także wpisują się w biologiczne procesy planety. Być może w przyszłości „świecące algi” zastąpią wykorzystywane dziś świecące materiały, bazujące na toksycznych chemikaliach.

Źródło: Science Advances