生物发光LED照亮未来 研究人员从水母提取稳定荧光蛋白为灯供电

想象一下生物发光LED照亮的未来，不仅可以使用更少的地球资源来制造，还可以通过全天候模拟太阳来改善你的心情。

Rubén Costa博士认为，这可能比你想象的更接近现实，他认为我们正处于生物和纳米技术革命的边缘，可以缩小自然与人造环境之间的差距。

“我们需要做的是在我们了解和理解的这些材料与技术之间架起一座桥梁。”西班牙研究人员在接受世界经济论坛采访时说，“我相信，这将是下一场革命。”

Costa跻身MIT Technology Review 35岁以下创新者榜单中，开创性地将水母中发现的发光蛋白在水溶液外呈稳定状态，以创造生物LED。

“我犹记得这个时刻，当我们能够从玻璃上剥下橡胶，把它放在紫外线上，它仍然是绿色的。”他谈到“灯泡”在2015年的时刻，当时制备的荧光蛋白细菌“几乎能够在无水的培养基中存活”，保持结构和功能发光。

他对这一发现感到非常兴奋，Costa第二天不得不去看医生，因为他太长时间在紫外线下看着团队创造的荧光聚合物，导致眼睛干涩：“医生告诉我，'不要再做了!'“

解决不可能的问题

Costa的研究汇集了几位诺贝尔奖得主科学家的工作。已故的日本有机化学家和海洋生物学家下村修(Osamu Shimomura)教授因其在水母中发现绿色荧光蛋白(GFP)，而于2008年授予诺贝尔化学奖。

同时获得该奖项的是Martin Chalfie教授，能够提取表达该蛋白质的DNA，并对蠕虫进行基因改造以使其发光。 GFP现在被分子生物学家用于追踪基因。

2014年，美国电子工程师Shuji Nakamura教授与两位同事共同获得诺贝尔物理学奖，奖励发现“高效蓝色发光二极管”或LED，其中Costa称之 “身为人类，我们曾开发出的最强大的技术”。

在一次会议上听到有关荧光蛋白的讨论之后，Costa对“美丽的材料”和以某种方式使用它来为灯供电的想法很感兴趣。征服“不可能”的挑战 —— 稳定荧光蛋白，一直萦绕在心头。

“我从没想过能用生物化合物达成技术。”他承认道，“我来自一个基本上每个人都在告诉我生物不够稳定的世界。但它们非常稳定。”

迈向可持续发展的LED

为了使白色LED点亮我们的家、手机和电脑屏幕，Nakamura的蓝色芯片涂有一种化合物，以过滤强烈的蓝光。这种滤光片是一种淡黄色荧光粉，由稀土材料制成，如钇，是降低强光蓝光的最佳材料之一。

但随着LED越来越主导全球照明行业，由于它们效率高，制造成本正在下降，预计我们将在2019年至2022年之间的某个时间达到钇的峰值需求。

问题也随之而来，因为顾名思义，钇是罕见的，必须开采获得，并且仅存在于某些国家，因此开采和运输会对环境产生影响。

这就是BioLED适合的地方。一旦Costa的团队创造了彩色生物过滤器 - 今天仍然发光强烈 - 他的创意将充分利用其优点。

“然后我们进入下一步 - 可持续发展。蛋白质的优势在于，你可以通过细菌大肠杆菌在世界各地生产它们，这是一种无专利技术，而且它的价格非常便宜。”

该技术仍处于开发阶段。 Costa的团队将他们的BioLED从100小时的稳定性提升到1,700小时，但他们的目标是5,000到10,000小时的光照，他认为这是可能的。

为SAD患者提供帮助

彩色生物过滤器不仅可以有效减少苛刻的蓝色成分，还可以在关闭光线时再生蛋白质。

Costa说：“生物材料有一个独特的东西 - 它们能够自我修复。所以当你去睡觉时，蛋白质就在恢复其结构。”

他解释说，这可以通过光谱调制LED的颜色，以模拟一天中不断变化的太阳光。

“假设你有一种蛋白质，早上在绿黄色部分非常亮，然后你有另一种蛋白质在橙色部分变得更亮……然后你去睡觉，绿黄色的蛋白质开始恢复。”

Costa称之为“梦寐以求”，但承认他们正在开发一种可以模拟阳光的LED，并“非常肯定”该技术可以帮助那些在冬天患有季节性情感障碍(SAD)的人，仅英国多达三分之一的人。

太阳能窗户

随着世界试图以可持续的方式应对快速城市化，到2050年全球68%的人口将居住在城市，彩色生物过滤器具有另一种潜在的应用。

Costa和他的团队刚刚开始研究太阳能窗户，在两层玻璃之间会有一块生物过滤器。

面板中的荧光蛋白将太阳光的高能蓝紫外部分转换为光谱的低能橙红的一部分，并将其移动到窗口角落的微小太阳能电池，其中USB连接可以让你给手机和其他设备充电。

据美国科学家称，未来太阳能窗户在推动零能耗建筑方面的前景一片光明，估计可以使用50-70亿平方米的玻璃表面来满足该国40%的能源需求。

如果仅仅一只水母能激发出如此众多的创新，那就想想海洋的其他部分能给我们带来什么。Costa加提到蛋白质反射蛋白，它能让墨鱼反射光作为一种伪装形式，以及水熊，它可以在极端温度和辐射下生存。

“有许多应用已经存在，我们可以看看并稳定材料，”科斯塔说。 “从自然到技术的桥梁是我们所需要的。” “自然界中已经有很多很多的应用，也许我们可以观察并让这些材料稳定下来。” Costa说，“我们需要从自然到技术的桥梁。”

来源 前瞻网

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我听说水母是有毒的

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