Forscher der CU Boulder entwickeln aus Algen gedruckte lebende Lichtquellen

In dieser neuen Arbeit wurden diese Organismen in 3D-gedruckten Hydrogelen eingebettet, um lebende Strukturen zu schaffen, die fast eine halbe Stunde lang hell leuchten und wochenlang lebensfähig bleiben.

Wenn diese Technologie skaliert wird, könnte sie in Zukunft eine kohlenstoffnegative Alternative zur Beleuchtung bieten. „Dieses Projekt war eine Moonshot-Idee", sagte Wil Srubar, Professor am Institut für Bauingenieurwesen, Umwelttechnik und Architektur. „Ich war neugierig darauf, ob wir eine Welt schaffen können, in der wir keinen Strom verwenden, sondern Biologie zum Erzeugen." Diese Entdeckung ebnet den Weg für die Entwicklung anderer lebender Lichtmaterialien und -geräte.

Algenexperiment: Biolumineszenz tritt auf, wenn Organismen wie die marine Alge Pyrocystis lunula Licht durch interne chemische Reaktionen erzeugen. In freier Wildbahn verhalten sich die Algen jedoch wie Introvertierte des Ozeans und leuchten nur, wenn sie gestört werden, etwa durch das Aufprallen einer Welle oder den Rumpf eines vorbeifahrenden Schiffes.

Diese Lichtblitze sind zwar brilliant, aber

Diese Lichtblitze sind zwar brilliant, aber vorübergehend und dauern nur einen Bruchteil einer Sekunde. Srubar und sein Team wollten herausfinden, ob sie die physikalische Reizung überwinden und die Chemie nutzen können, um das Leuchten „aufrechtzuerhalten".

Die Forscher experimentierten mit der Umgebung der Algen und stellten fest, dass eine Verschiebung des pH-Werts – insbesondere durch eine saure Lösung, die Tomatensaft ähnelt – ein anhaltendes Leuchten auslösen kann, das bis zu andauert.

Dieser Übergang anhaltenden Beleuchtung deutet darauf hin, dass die Chemie als „Lichtschalter" fungieren kann, der diese photosynthetischen Organismen in langlebige, kohlenstoffabsorbierende Lichtquellen für zukünftige Technologien verwandelt.

Um die biolumineszenten Algen in eine

Um die biolumineszenten Algen in eine funktionale Technologie zu überführen, schwebten die Forscher die Zellen in einem biokompatiblen Hydrogel und setzten 3D-Druckverfahren ein, um komplexe, leuchtende Strukturen herzustellen. Anschließend wurde durch das Aufbringen Lösungen auf die gedruckten Formen ein anhaltendes blaues Leuchten über das gesamte Material ausgelöst. Die Algen überlebten den Druckprozess.

Bemerkenswerterweise blieben die Algen in diesem Gel-Umfeld über mehrere Wochen hinweg gesund und aktiv.

Und diejenigen, die mit einem sauren Stimulans behandelt wurden, behielten auch nach einem Monat Nutzung 75 Prozent ihrer ursprünglichen Helligkeit bei. „Es war ein sehr aufregender Moment, als wir den richtigen chemischen Stimulans fanden, der es ermöglichte, dass das Licht lange anhält", sagte Giulia Brachi, Erstautorin und wissenschaftliche Mitarbeiterin im Department of Civil, Environmental, and Architectural Engineering. „Dies ist das erste Mal, dass wir herausgefunden haben, wie man Lumineszenz aufrechterhalten kann."Zukünftige Anwendungen Da diese Algen sich, Meerwasser und CO₂ ernähren, stellen sie eine Lichtquelle dar, die tatsächlich die Luft reinigt.Die Forscher stellen sich eine Welt vor, in der autonome Unterwasserroboter leuchtende Haut verwenden, um den Tiefen des Ozeans ohne schwere Batterien zu navigieren.

Moegliche Anwendungen

Diese lebendigen Materialien könnten zudem als Warnsignale für die Wasserqualität dienen, indem sie bei Anwesenheit bestimmter Toxine heller leuchten oder ihre Leuchtkraft verringern. Derzeit sucht das Team nach weiteren chemischen Auslösern und möchte untersuchen, wie viel Kontrolle sie über ihre winzigen, leuchtenden Partner ausüben können. Gelingt dies, wird die Zukunft des Lichts sowohl hell als auch lebendig sein.

Die Studie wurde am 6. Mai im Fachjournal Science Advances veröffentlicht.