Bioluminiscenčná lampa – generuje živé svetlo prostredníctvom baktérií

Bioluminiscenčná lampa už v dnešnej dobe nie je divná a ako novinka prináša mnoho technických problémov. Živé svetlo z rastlín, svetlušiek, baktérií a iných svetelných tvorov by mohlo zmeniť spôsob osvetľovania našich miest, boj proti rakovine a toxínom v našej vode Find. Od tmavej obrazovky mobilného telefónu po osvetlenie štadióna je umelé svetlo charakteristickým znakom ľudskej technológie. Nie je náhoda, že žiarovka symbolizuje geniálny nápad a inováciu. Napriek tomu osvetlenie domov a miest v Európe výrazne zaťažilo spotrebu energie. Z tohto dôvodu sa dizajnéri a vedci pokúšajú integrovať túto technológiu do každodenného života.

Prírodná energia v bioluminiscenčnej žiarovke

V takom ľahkom tele je kvapalina s fosforeskujúcimi organickými kultúrami, ktorá môže žiť roky. Svetlo sa objaví iba vtedy, keď sa tekutina pohybuje. K tomu dochádza prostredníctvom biochemickej reakcie, ktorá však vyžaduje kyslík. Svetlo vzniká otáčaním predmetu v smere hodinových ručičiek. Jeho otočením sa žiara aktivuje a otočením v opačnom smere sa deaktivuje. Svetlo je studené, modrozelenej farby a iluminátor nepoužíva na osvetlenie žiadny ďalší zdroj energie. Nie každé osvetlenie teda musí byť spojené s vysokým účtom za elektrinu. Niektorí podnikatelia sa obrátili na prírodu, aby napodobňovali prirodzené svetlo.

Plážoví turisti môžu v noci žasnúť nad občasnou žiarou luminiscenčnej vody, ale tieto javy sa vo voľnej prírode vyskytujú pravidelne. V skutočnosti sú viac ako tri štvrtiny morských živočíchov a mnoho suchozemských druhov schopné bioluminiscencie vrátane svetlušiek a fytoplanktónu. Iné organizmy ju používajú v symbióze, ako napríklad slávna hlbokomorská žaba, ktorá prehĺta bioluminiscenčné baktérie, aby žiarili a priťahovali korisť.

Na rozdiel od fluorescencie nevyžaduje bioluminiscenčná lampa žiadne vonkajšie zdroje svetla. Svetlo sa aktívne vyskytuje prostredníctvom vnútorných chemických procesov v organizme. To znamená, že takéto zariadenie nevyžaduje žiadnu energiu. To znamená, že pri normálnom fyzickom metabolizme organizmu sa neuvoľňuje žiadny CO2. Mohla by bioluminiscenčná lampa, ktorá svieti pomocou morského planktónu, slúžiť ako energeticky účinné a udržateľné svetlo?

Bioluminiscenčné baktérie v lampách

Vyššie uvedená otázka inšpirovala pôvodnú myšlienku francúzskeho start-upu Glowee. Spoločnosť vyvinula riešenie osvetlenia genetickou modifikáciou baktérií E. coli pomocou DNA. Vedci ich našli v luminiscenčnej chobotnici havajských trpaslíkov. Výsledné bioluminiscenčné žiarovky, žiarovky a iné formy osvetlenia fungujú v podstate ako živé akvárium s baktériami. Od svojho založenia v roku 2014 sa spoločnosti podarilo predĺžiť životnosť baktérií a tým aj samotných svetiel z troch dní na jeden mesiac. Medzitým spoločnosť Glowee predviedla svoju technológiu otvorením „miestnosti Glowzen“. Návštevníci v ňom môžu relaxovať pod slabými tyrkysovými svetlami, ktoré pripomínajú hlboké oceány. Napriek tomu, že podľa prísnych parížskych zákonov, že noci by mali byť tmavé, spustenie umožnilo poskytnúť francúzskemu hlavnému mestu jemnú žiaru poháňanú chobotnicou s inštaláciou verejného osvetlenia.

Aj keď môže byť francúzska spoločnosť na ceste k úspechu, celé priemyselné odvetvie bioluminiscenčného osvetlenia je stále v plienkach. Okrem Glowee je priemyselná krajina len zbierkou online obchodov s domácimi súpravami na pestovanie bioluminiscenčných rias a pre výskumné a vývojové projekty v počiatočnom štádiu. V prírode sa bioluminiscencia na súši a na mori vyvinula nezávisle na sebe najmenej 40 -krát. V podnikaní sa však zdá, že existuje viac prekážok pre komerčné ciele. Aj keď môžu mať priemyselní skeptici pravdu, treba mať na pamäti, že svetelný priemysel tradične technologicky rýchlo nepokročil. Podľa smernice EÚ staromódne žiarovky miznú z regálov v Európe približne 10 rokov, pričom väčšinu z nich nahrádzajú novšie LED svetlá.

Ako presne funguje bioluminiscenčná lampa?

Bioluminiscencia je emisia viditeľného svetla vyžarovaného živými druhmi. Bioluminiscencia je predovšetkým morským fenoménom, kde je asi 90% zvierat, ktoré obývajú horné 2 km morskej vody, luminiscenčných. Na vidieku dochádza k bioluminiscencii niektorých húb a jedného druhu hmyzu. Svetlo je výsledkom chemickej reakcie medzi luciferínom a kyslíkom. Svetlo v mori je sústredené v modrom spektre. Väčšina organizmov vyžaruje svetlo medzi 440 a 479 nm. Toto modrozelené svetlo sa najlepšie prenáša v oceáne, a preto väčšina morských organizmov vyžaruje toto spektrum.

Luminiscenčné baktérie nevytvárajú svetlo, keď sú ich bunky ďaleko rozptýlené v morskej vode, ale kultúra v médiu produkuje svetlo veľmi efektívne. Násobenie jednobunkového organizmu môže mať za následok tisíce ďalších, v závislosti od priestoru a podmienok. Po raste kultúra dosiahne svoju stabilitu. Fosforescencia vyžaruje 103 až 104 fotónov / s, svetlo je modrozelené s vlnovou dĺžkou 490 nm Aby sa svetlo generovalo, kvapalina by mala byť tiež prevzdušnená. Bioluminiscenčná lampa nevyužíva na osvetlenie žiadny ďalší zdroj energie. Ich svetlo vzniká cirkuláciou kvapaliny. Ako bolo uvedené vyššie, žiara sa aktivuje otočením predmetu v smere hodinových ručičiek. Keď sa lampa otáča v opačnom smere, svetlo zhasne.

Technická inovácia a dizajn

Tento typ osvetlenia nemôže nahradiť konvenčné svetelné systémy. Toto je teda len doplnkový svetelný zdroj. Povaha tohto svetla je studená a nevydáva žiadne teplo. Reakčný produkt je 100% svetlo na rozdiel od žiarovky, ktorá používa 90% energie na teplo a iba 10% na svetlo. Na rozdiel od svetelných tyčiniek, ktoré sa rozsvietia hneď, ako začne reakcia, a potom pokračujú v zapaľovaní, môžete bioluminiscenčnú lampu vypnúť a znova aktivovať. Napriek tomu, že sa samotný objekt nepohybuje, interiér má svoj vlastný pohybový cyklus, ako je tomu v prírode aj v mori.

Bioluminiscenčná lampa v dôsledku toho pohybuje tieňmi a dáva pocit vecí, ktoré sa pohybujú interiérom. Holandská dizajnérka Teresa van Dongen napríklad naplnila sklenenú trubicu baktériami chobotníc, aby vytvorila takú lampu, ktorá v prípade poruchy svieti na modro. Chcela tiež obnoviť prírodné úkazy bioluminiscenčných vĺn. Ich myšlienkou bolo použiť tento efekt na vytvorenie žiarovky, ktorú je možné aktivovať skôr pohybom ako elektrinou. Hovorí sa jej Ambio. Napriek tomu, že existuje mnoho rôznych typov luminiscenčných mikroorganizmov, Van Dongen vybral ten, ktorý pochádzal z kože chobotnice. V spolupráci s dvoma študentmi z odboru biológie TU Delft projektant vyrobil prototyp, ktorý predstavuje tubu s umelou morskou vodou. Potom zavesila medzi dve mosadzné závažia.

V pouličných lampách použite bioluminiscenciu

Dlhodobo plánovaná aplikácia bioluminiscencie má nahradiť tradičné pouličné osvetlenie, svetelné dopravné značky a vnútorné osvetlenie za spotrebu energie. Jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, je spojiť gény z bioluminiscenčných svetlušiek a morských baktérií do stromov. Listy stromov cez deň nasávajú slnečné svetlo, aby v noci poskytovali energiu. Theo Sanderson, ktorý na tejto myšlienke pracuje, hovorí, že žmurkaním listov by sa dalo pohrávať s génmi, ktoré riadia cirkadiánny rytmus rastliny – stromy by sa v noci „rozsvietili“ a cez deň „zhasli“. Na udržanie mestského osvetlenia by potom potrebovali iba vzduch, vodu a pôdne živiny.

Ako študent na Cambridgeskej univerzite pracoval Sanderson s tímom, ktorý tento koncept skúmal. Tím vyvinul genetickú jednotku, ktorú je možné vložiť do iných foriem života, aby spustila bioluminiscenciu. Vedci transplantovali gény z baktérií do chloroplastov tabakovej rastliny a prinútili ich slabo žiariť bez toho, aby museli pumpovať čerstvý luciferín, aby reakcia pokračovala. Avšak najväčšou výzvou skutočného používania rastlín ako svetelných zdrojov bude zvýšenie jasu. Táto výskumná skupina mala problém, keď vyrobili lampu do močového mechúra z upravených, žiariacich baktérií E. coli.

Medzi vynálezom žiarovky Thomasom Edisonom v roku 1879 a zákazom EÚ na začiatku 2010s bol základný dizajn žiarovky nápadne podobný. V porovnaní s neustálym vývojom automobilov od čias konských povozov v Edisonových dobách sa predné svetlá takmer nezmenili. Európa môže byť od svetelných rokov vzdialená pestovaniu fluoreskujúcich baktérií, aby osvetlila domy alebo ulice. Keďže európske hlavy štátov a predsedovia vlád preberajú boj proti zmene klímy, potrebujú inteligentné riešenia. V odvetví, ktoré prichádza s dobrými nápadmi, by sa ľudia nemali rýchlo vyhýbať inováciám, aby biologicky napodobňovali prirodzené svetlo.