Bioluminescerande lampa – genererar levande ljus genom bakterier

En självlysande lampa är inte längre konstig nuförtiden och som en nyhet innebär många tekniska utmaningar. Levande ljus från växter, eldflugor, bakterier och andra lysande varelser kan förändra hur vi tänder våra städer, bekämpar cancer och toxiner i vårt vatten Hitta. Från den mörka skärmen på en mobiltelefon till belysningen av en stadion är artificiellt ljus ett kännetecken för mänsklig teknik. Det är ingen slump att en glödlampa symboliserar en lysande idé och innovation. Ändå har belysningen av hus och städer i Europa belastat energiförbrukningen hårt. Av denna anledning försöker designers och forskare att integrera denna teknik i vardagen.

Naturlig energi i självlysande lampa

I en så lätt kropp finns vätska med fosforescerande organiska kulturer som kan leva i åratal. Ljuset visas bara när vätskan rör sig. Detta sker genom en biokemisk reaktion, som dock kräver syre. Ljuset skapas genom att rotera objektet medurs. Genom att vrida på den aktiveras glöden och genom att vrida den i motsatt riktning inaktiveras den. Ljuset är kallt, en blågrön färg och belysaren använder inte någon extra energikälla för belysning. Så inte varje belysning måste förknippas med en hög elräkning. Vissa företagare har vänt sig till naturen för att efterlikna naturligt ljus.

Strandturister kan förundras över en och annan glöd av självlysande vatten på natten, men dessa fenomen förekommer regelbundet i vilda djur. Faktum är att mer än tre fjärdedelar av marina djur och många landarter är kapabla till bioluminescens, inklusive eldflugor och växtplankton. Andra organismer använder den i symbios, som den berömda djuphavsfrogfisken, som intar bioluminescerande bakterier för att lysa och locka byte.

Till skillnad från fluorescens kräver bioluminescenslampan inga externa ljuskällor. Ljuset sker aktivt genom inre kemiska processer i organismen. Detta innebär att en sådan enhet inte kräver någon energi. Detta innebär att inget CO2 släpps ut över organismens normala fysiska metabolism. Kan den självlysande lampan som lyser med hjälp av marint plankton fungera som energieffektivt, hållbart ljus?

Bioluminescerande bakterier i lampor

Ovanstående fråga inspirerade den ursprungliga idén med den franska nystartade Glowee. Företaget utvecklade en belysningslösning genom att genetiskt modifiera E. coli -bakterier med DNA. Forskarna hittade dessa i självlysande hawaiianska dvärgfiskfiskar. De resulterande självlysande lamporna, glödstickorna och andra former av belysning fungerar i huvudsak som ett levande akvarium med bakterier. Sedan det grundades 2014 har företaget lyckats förlänga bakteriernas livslängd och därmed själva lamporna från tre dagar till en månad. Under tiden visade Glowee upp sin teknik genom att öppna ett “Glowzen Room”. Besökare kan koppla av i den under de svaga turkosa ljusen som påminner om djupa hav. Även om det enligt de strikta parisiska lagarna att nätterna ska hållas mörka, fick starten ge den franska huvudstaden en mjuk glöd som drivs av bläckfisk med offentliga ljusinstallationer.

Medan det franska företaget kan vara på väg till framgång, är hela den kommersiella bioluminescerande belysningsindustrin fortfarande i sin linda. Utöver Glowee är industrilandskapet bara en samling onlinebutiker för byggsatser för växande bioluminescerande alger och för tidiga forsknings- och utvecklingsprojekt. I naturen har bioluminescens på land och till sjöss utvecklats oberoende av varandra minst 40 gånger. I näringslivet verkar det dock finnas fler hinder för kommersiella mål. Även om industrins skeptiker kan ha rätt, bör det komma ihåg att belysningsindustrin traditionellt inte har tekniskt avancerat snabbt. Enligt ett EU-direktiv har gammaldags glödlampor försvunnit från hyllorna i Europa i cirka 10 år, varav de flesta ersätts av nyare LED-lampor.

Hur fungerar egentligen en självlysande lampa?

Bioluminescens är utsläpp av synligt ljus från levande arter. Bioluminescens är främst ett marint fenomen där möjligen 90% av de djur som bor de 2 km bästa havsvattnet är självlysande. På landsbygden finns det bioluminescens hos vissa svampar och en typ av insekter. Ljuset är ett resultat av en kemisk reaktion mellan luciferin och syret. Ljuset i havet är koncentrerat till det blå spektrumet. De flesta organismer avger ljus mellan 440 och 479 nm. Detta blågröna ljus överförs bäst i havet, och det är av denna anledning som de flesta marina organismer avger detta spektrum.

De självlysande bakterierna producerar inte ljus när deras celler sprids långt bort i havsvatten, men kulturen i mediet producerar ljus mycket effektivt. Multiplikationen av en enda cellorganism kan resultera i tusentals andra, beroende på utrymme och förhållanden. Efter tillväxten når kulturen sin stabilitet. Fosforescensen avger 103-104 fotoner / s, ljuset är blågrönt med en våglängd på 490 nm. För att generera ljus bör vätskan också luftas. Den självlysande lampan använder ingen extra energikälla för belysning. Deras ljus skapas av cirkulationen av vätska. Som nämnts ovan aktiveras glödet genom att vrida objektet medurs. Ljuset slocknar när lampan roterar i motsatt riktning.

Teknisk innovation och design

Denna typ av belysning kan inte ersätta konventionella belysningssystem. Så detta är bara en kompletterande ljuskälla. Ljusets karaktär är kallt och avger ingen värme. Reaktionsprodukten är 100% ljus i motsats till en glödlampa, som använder 90% av energin för värme och endast 10% för ljus. I motsats till ljuspinnarna, som tänds så snart reaktionen börjar och sedan fortsätter att tändas, kan du stoppa den självlysande lampan och återaktivera den. Även om själva föremålet inte rör sig, har interiören en egen rörelsecykel, som är fallet i både naturen och havet.

Som en effekt flyttar den självlysande lampan skuggorna och ger en känsla av att saker rör sig genom inredningen. Den nederländska designern Teresa van Dongen fyllde till exempel ett glasrör med bläckfiskbakterier för att skapa en sådan lampa som lyser blått vid fel. Hon ville också återskapa de naturliga fenomenen bioluminescensvågor. Deras idé var att använda denna effekt för att skapa en lampa som kan aktiveras genom rörelse snarare än elektricitet. Hon kallar det Ambio. Även om det finns många olika typer av självlysande mikroorganismer, valde Van Dongen en som kom från huden på en bläckfisk. I samarbete med två studenter från Life Science -avdelningen vid TU Delft har designern tagit fram en prototyp som representerar ett rör med konstgjort havsvatten. Hon hängde sedan upp den mellan två mässingsvikter.

Använd bioluminescens i gatlyktor

En länge planerad tillämpning av bioluminescens är att ersätta traditionella gatubelysning, upplysta trafikskyltar och inomhusbelysning med strömförbrukning. Ett sätt att göra detta är att skarva gener från bioluminescerande eldflugor och marina bakterier i träd. Trädlöv suger upp solljus under dagen för att ge energi på natten. Theo Sanderson, som arbetar med denna idé, säger att genom att pyssla med gener som styr växtens dygnsrytm kan glödande löv slås av och på – träden skulle gå “på” på natten och “av” under dagen. De skulle då bara behöva luft, vatten och jord näringsämnen för att upprätthålla stadsbelysning.

Som student vid Cambridge University arbetade Sanderson med ett team som undersökte ett sådant koncept. Teamet utvecklade en genetisk enhet som kan sättas in i andra livsformer för att utlösa bioluminescens. Forskarna transplanterade gener från bakterier till kloroplasterna i en tobaksväxt och fick dem att lysa svagt utan att behöva pumpa in färskt luciferin för att hålla reaktionen igång. Den största utmaningen att faktiskt använda växter som ljuskällor blir dock att öka ljusstyrkan. Denna forskargrupp hade problemet när de gjorde en blåslampa av modifierade, glödande E. coli -bakterier.

Mellan Thomas Edisons uppfinning av glödlampan 1879 och EU -förbudet i början av 2010 -talet hade den grundläggande glödlampans design varit anmärkningsvärt lika. Jämfört med den ständiga utvecklingen av bilar sedan hästvagnarna på Edisons tid har frontljusen knappast förändrats. Europa kan fortfarande vara ljusår från växande fluorescerande bakterier för att lysa upp hus eller gator. När de europeiska stats- och regeringscheferna tar sig an kampen mot klimatförändringar behöver de intelligenta lösningar. I en bransch som kommer med goda idéer bör människor inte vara snabba med att släppa innovationer för att biologiskt efterlikna naturligt ljus.