Lampa bioluminescencyjna – generuj żywe światło przez bakterie

W dzisiejszych czasach lampa bioluminescencyjna nie jest już dziwna i jako nowość stawia wiele wyzwań technicznych.Żywe światło roślin, świetlików, bakterii i innych świecących stworzeń może zmienić sposób, w jaki oświetlamy nasze miasta, zwalczamy raka i toksyny w naszej wodzie Znajdź. Od ciemnego ekranu telefonu komórkowego po oświetlenie stadionu, sztuczne światło jest znakiem rozpoznawczym ludzkiej technologii. To nie przypadek, że żarówka symbolizuje genialny pomysł i innowację. Niemniej jednak oświetlenie domów i miast w Europie mocno obciąża zużycie energii. Z tego powodu projektanci i naukowcy starają się zintegrować tę technologię z codziennym życiem.

Energia naturalna w lampie bioluminescencyjnej

W takim lekkim ciele znajduje się ciecz z fosforyzującą kulturą organiczną, która może żyć latami. Światło pojawia się tylko wtedy, gdy płyn się porusza. Dzieje się to poprzez reakcję biochemiczną, która jednak wymaga tlenu. Światło powstaje poprzez obrót obiektu zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Obrócenie go aktywuje blask, a obrócenie go w przeciwnym kierunku dezaktywuje go. Światło jest zimne, niebiesko-zielona barwa, a iluminator nie zużywa żadnego dodatkowego źródła energii do oświetlenia. Nie każde oświetlenie musi więc wiązać się z wysokimi rachunkami za prąd. Niektórzy przedsiębiorcy zwrócili się ku naturze, aby naśladować naturalne światło.

Turyści plażowi mogą podziwiać w nocy sporadyczny blask świecącej wody, ale zjawiska te występują w dzikich zwierzętach regularnie. W rzeczywistości ponad trzy czwarte zwierząt morskich i wiele gatunków lądowych jest zdolnych do bioluminescencji, w tym świetliki i fitoplankton. Inne organizmy używają go w symbiozie, jak słynna żaba głębinowa, która połyka bioluminescencyjne bakterie, aby świecić i przyciągać zdobycz.

W przeciwieństwie do fluorescencji lampa bioluminescencyjna nie wymaga żadnych zewnętrznych źródeł światła. Światło występuje aktywnie poprzez wewnętrzne procesy chemiczne w organizmie. Oznacza to, że takie urządzenie nie wymaga żadnej energii. Oznacza to, że podczas normalnego metabolizmu fizycznego organizmu nie uwalnia się CO2. Czy lampa bioluminescencyjna, która świeci za pomocą morskiego planktonu, może służyć jako energooszczędne, zrównoważone światło??

Bakterie bioluminescencyjne w lampach

Powyższe pytanie zainspirowało pierwotny pomysł francuskiego start-upu Glowee. Firma opracowała rozwiązanie oświetleniowe poprzez genetyczną modyfikację bakterii E. coli za pomocą DNA. Naukowcy znaleźli je w luminescencyjnej hawajskiej kałamarnicy karłowatej. Powstałe lampy bioluminescencyjne, świecące pałeczki i inne formy oświetlenia działają zasadniczo jak żywe akwarium z bakteriami. Od momentu założenia w 2014 roku firmie udało się wydłużyć żywotność bakterii, a tym samym samych świateł, z trzech dni do jednego miesiąca. W międzyczasie Glowee zaprezentowało swoją technologię, otwierając „Glowzen Room”. Odwiedzający mogą się w nim zrelaksować pod słabymi turkusowymi światłami, które przypominają głębokie oceany. Chociaż zgodnie z rygorystycznymi paryskimi przepisami, które mówią, że noce mają być ciemne, startupowi pozwolono nadać francuskiej stolicy delikatny blask napędzany przez kałamarnice z publicznymi instalacjami oświetleniowymi.

Podczas gdy francuska firma może być na drodze do sukcesu, cała branża komercyjnego oświetlenia bioluminescencyjnego jest wciąż w powijakach. Poza Glowee, branża to tylko zbiór sklepów internetowych sprzedających zestawy DIY do uprawy bioluminescencyjnych alg oraz do projektów badawczo-rozwojowych na wczesnym etapie. W naturze bioluminescencja na lądzie i morzu rozwinęła się niezależnie od siebie co najmniej 40 razy. W biznesie wydaje się jednak, że istnieje więcej barier dla celów komercyjnych. Choć branżowi sceptycy mogą mieć rację, nie należy zapominać, że branża oświetleniowa tradycyjnie nie rozwijała się szybko technologicznie. Zgodnie z dyrektywą UE od około 10 lat z półek w Europie znikają staromodne żarówki, z których większość jest zastępowana nowszymi lampami LED.

Jak dokładnie działa lampa bioluminescencyjna?

Bioluminescencja to emisja światła widzialnego emitowanego przez żywe gatunki. Bioluminescencja to przede wszystkim zjawisko morskie, w którym prawdopodobnie 90% zwierząt zamieszkujących górne 2 km wody morskiej jest luminescencyjnych. Na wsi występuje bioluminescencja niektórych grzybów i jednego rodzaju owada. Światło jest wynikiem reakcji chemicznej między lucyferyną a tlenem. Światło w morzu koncentruje się w widmie niebieskim. Większość organizmów emituje światło o długości od 440 do 479 nm. To niebiesko-zielone światło najlepiej przepuszcza w oceanie iz tego powodu większość organizmów morskich emituje to widmo.

Bakterie luminescencyjne nie wytwarzają światła, gdy ich komórki są rozproszone daleko w wodzie morskiej, ale hodowla w pożywce wytwarza światło bardzo wydajnie. Namnażanie się jednego organizmu komórkowego może skutkować tysiącami innych, w zależności od miejsca i warunków. Po wzroście kultura osiąga swoją stabilność. Fosforescencja emituje 103-104 fotonów/s, światło jest niebiesko-zielone o długości fali 490 nm.W celu wygenerowania światła ciecz należy również napowietrzyć. Lampa bioluminescencyjna nie wykorzystuje żadnego dodatkowego źródła energii do oświetlenia. Ich światło powstaje w wyniku cyrkulacji cieczy. Jak wspomniano powyżej, poświata jest aktywowana poprzez obrócenie obiektu zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Światło gaśnie, gdy lampa obraca się w przeciwnym kierunku.

Innowacje techniczne i wzornictwo

Ten rodzaj oświetlenia nie może zastąpić konwencjonalnych systemów oświetleniowych. To tylko uzupełniające źródło światła. Natura tego światła jest zimna i nie wydziela ciepła. Produktem reakcji jest 100% światła, w przeciwieństwie do żarówki, która w 90% zużywa energię na ciepło i tylko 10% na światło. W przeciwieństwie do świecących sztyftów, które zapalają się zaraz po rozpoczęciu reakcji, a następnie świecą dalej, można wyłączyć lampę bioluminescencyjną i ponownie ją aktywować. Chociaż sam obiekt się nie porusza, wnętrze ma swój własny cykl ruchu, tak jak ma to miejsce zarówno w przyrodzie, jak i na morzu.

W efekcie lampa bioluminescencyjna przesuwa cienie i daje wrażenie poruszania się rzeczy we wnętrzu. Na przykład holenderska projektantka Teresa van Dongen wypełniła szklaną rurkę bakteriami kałamarnicy, aby stworzyć taką lampę, która świeci na niebiesko w przypadku awarii. Chciała również odtworzyć naturalne zjawiska fal bioluminescencyjnych. Ich pomysł polegał na wykorzystaniu tego efektu do stworzenia lampy, która może być aktywowana ruchem, a nie elektrycznością. Nazywa to Ambio. Chociaż istnieje wiele różnych typów mikroorganizmów luminescencyjnych, Van Dongen wybrał taki, który pochodzi ze skóry ośmiornicy. We współpracy z dwoma studentami z Wydziału Nauk Przyrodniczych Politechniki w Delft, projektant stworzył prototyp przedstawiający rurkę ze sztuczną wodą morską. Następnie zawiesiła go między dwoma mosiężnymi ciężarkami.

Użyj bioluminescencji w lampach ulicznych

Od dawna planowanym zastosowaniem bioluminescencji jest zastąpienie tradycyjnych lamp ulicznych, podświetlanych znaków drogowych i oświetlenia wnętrz zużyciem energii. Jednym ze sposobów na to jest połączenie genów bioluminescencyjnych świetlików i bakterii morskich w drzewa. Liście drzew pochłaniają światło słoneczne w ciągu dnia, aby zapewnić energię w nocy. Theo Sanderson, który pracuje nad tym pomysłem, mówi, że poprzez majsterkowanie przy genach kontrolujących rytm dobowy rośliny, świecące liście mogłyby być włączane i wyłączane – drzewa włączałyby się w nocy i wyłączały w ciągu dnia. Wówczas do utrzymania oświetlenia miejskiego potrzebowaliby tylko powietrza, wody i składników odżywczych w glebie.

Jako student Uniwersytetu w Cambridge Sanderson współpracował z zespołem badającym taką koncepcję. Zespół opracował jednostkę genetyczną, którą można umieścić w innych formach życia w celu wywołania bioluminescencji. Naukowcy przeszczepili geny bakterii do chloroplastów rośliny tytoniu i sprawili, że świeciły one słabo bez konieczności pompowania świeżej lucyferyny, aby podtrzymać reakcję. Jednak największym wyzwaniem przy wykorzystaniu roślin jako źródeł światła będzie zwiększenie jasności. Ta grupa badawcza miała problem, gdy wykonała lampę pęcherza ze zmodyfikowanych, świecących bakterii E. coli.

Pomiędzy wynalezieniem żarówki przez Thomasa Edisona w 1879 roku a zakazem UE na początku 2010 roku, podstawowa konstrukcja żarówki była niezwykle podobna. W porównaniu do ciągłej ewolucji samochodów od czasów powozów konnych w czasach Edisona, przednie światła prawie się nie zmieniły. Europa może być oddalona o lata świetlne od rozwoju bakterii fluorescencyjnych, które oświetlają domy lub ulice. Ponieważ europejscy szefowie państw i rządów podejmują walkę ze zmianami klimatycznymi, potrzebują inteligentnych rozwiązań. W branży, która wpada na dobre pomysły, ludzie nie powinni szybko rezygnować z innowacji, aby biologicznie naśladować naturalne światło.