微藻点亮城市——如何用微藻的发光性实现生物照明

藻类发出的蓝光

自1879年爱迪生发明电灯以来,照明发生了巨大的变化。

灯光下的城市
灯光下的城市

目前的LED灯虽极大地降低了电耗,但它们仍然使用相同的能源且会加剧全球的温室效应,因为大部分电能仍然来自石油和煤的燃烧。

我们需要新的方式来产生照明。

美国科学家们对发光藻类已经研究了一段时间,但从来没有计划用藻类来实现整个生物发光系统。丹麦科技大学对这个课题进行研究,表明将来有一天或许整个城市都可以用发光生物的绿松石色的蓝光进行照明

当然,目前有很多问题需要进行解决。我们可能需要将生物发光微藻的基因转入到其他高等植物中,或许高等植物能更加有效地发出光照。

 

微藻照亮黑暗

微藻中的鞭毛藻在夜晚可以发出强烈的蓝光。这种现象称为生物发光性。

藻类发出的蓝光
藻类发出的蓝光

在温暖季节的特定时间段内,从巴西到澳大利亚的赤道区域常常能见到这些藻类发出的蓝光

 

两种分子结合产生光

尽管人们在2500年前就观察到这现象,但我们仍然对藻类产光原理知之甚少。

当它们被摇晃时藻类产生蓝光,例如它们被海浪击中后。

有两个生物物质对产生光很重要,分别是荧光素酶(Luciferase)和荧光素(luciferin)

当藻类被晃动时,一系列的细胞化学反应激发,造成PH下降至6时,使得荧光素酶被激活,它结合荧光素,通过氧化反应转移能量给荧光素,这种能量以蓝光的形式进行释放。

转移能量
转移能量

至目前,这些仅是理论并没有通过实验验证。

 

生物发光细胞及生物灯

藻类使用阳光通过光合作用来开展多种生化反应活动。

你可以将微藻看做一个由阳光驱动的微小“灯泡”,它们在白天“充电”,晚上产生蓝光。

地球上有很多生物发光性动物,真菌和细菌。它们都需要食物和能量来产生光。藻类利用阳光和二氧化碳,它们都是无限的,环境友好的,碳中性的能量和物质。

可持续发展城市需要生物灯。

当微藻在封闭的容器内生长时,它们可作为生物灯,可以作为灯泡来照亮城市,商店,大楼,道路及停车场。

发光性藻类是作为生物灯的第一步,但仍然有许多挑战需要克服。藻类需要不定的摇晃来产生光照,这是一个问题。同时,由于它们的能量有限,发光仅能维持很短的时间。

 

实现生物灯仍需大量的研究工作 

实现不用摇晃且可以整晚照明的生物灯,需要考虑全新的策略。

目前,我们正在寻找出示那个基因控制发光,然后就进其转移至其他光合生物,如高等植物,建立可以整晚产生照明的发光性植物。

我们还需要花费很多时间来开展研究。不过终有一天,想象步入到一个完全沐浴在由植物产生的蓝光的夜晚城市中。

 

本文转自公众号 微藻技术与产业  https://mp.weixin.qq.com/s/lX9gRs9YvY3PKeswL_cp0Q

Related Posts

微藻处理高氨氮废水技术研究

规模化畜禽养殖产生大量沼液等高氨氮废水,COD、氨氮、总磷指标远超国家排放标准,传统活性污泥、膜处理、废水还田工艺普遍存在能耗高、脱氮效率低、易造成土壤重金属累积等短板。微藻凭借高效光合特性,可同步同化废水中氮磷、吸附重金属、固定 CO₂,产出高附加值藻生物质,实现污水治理、碳汇、原料生产三重收益。本文系统梳理微藻净化废水完整代谢路径,剖析高氨氮、高浊度水质对藻株的抑制机理,对比悬浮培养、生物质载体生物膜两种主流微藻工艺优劣;针对行业现存痛点提出四大产业化优化路径:梯度驯化耐氨藻种、低成本生物质载体构建生物膜、光反应器强化透光、连续流自动化运行,助力养殖废水治理与微藻产业协同发展,契合乡村振兴与双碳战略。…

信息图对比两种微藻培养路线:开放式跑道池与密闭光生物反应器,标注了成本、纯度、易放大等要点。 Read More

 规模化微藻培养与生物固碳技术

全球碳中和进程加速,寻找低成本、高效率生物固碳技术成为产业刚需。微藻是光合效率远超陆生植物的单细胞生物,光合速率可达树木10倍以上,兼具两大核心价值:一是高效固定CO₂完成碳汇,二是将无机碳转化为蛋白、油脂、虾青素等高价值生物质。依托绿藻、蓝藻等商业化藻种打造规模化培养体系,同步实现碳减排、废弃物治理、生物原料生产三重收益,是双碳政策下极具发展潜力的循环经济赛道。…