В нескольких словах
Ученые активно исследуют биолюминесценцию — естественную способность организмов излучать свет, чтобы создать новые, экологически чистые источники освещения. Этот прорыв может привести к появлению биоразлагаемых OLED-дисплеев, уличных фонарей и даже биоэлектронных сенсоров, меняя представление о технологиях будущего.
То, что когда-то считалось мистическим природным феноменом, сегодня находится в центре внимания исследований и промышленности: биолюминесценция — способность живых организмов вырабатывать свет. Миллионы лет крошечные морские водоросли, глубоководные рыбы, грибы и светлячки совершенствовали эту удивительную способность. Теперь она может стать ответом на ключевые вопросы устойчивого развития технологий.
Более 3500 известных видов живых существ производят свет в своем теле посредством химической реакции. Например, у светлячка молекула люциферин реагирует с ферментом люциферазой при подаче кислорода, вырабатывая так называемый «холодный свет» с энергоэффективностью до 98 процентов. Для сравнения, традиционные источники света, такие как лампы накаливания, едва достигают пяти процентов эффективности.
Природное свечение завораживает не только биологов, но и материаловедов, а также инженеров-химиков, которые ищут устойчивые альтернативы современным технологиям. Так, в 2019 году во французской коммуне Рамбуйе впервые были протестированы «живые лампы». Они были разработаны французским стартапом Glowee. Светящиеся бактерии в резервуарах с водой, питаемые только питательными веществами, водой и кислородом, освещают улицы.
В Высшей технической школе Дрездена (HTW Dresden) ведутся работы по разработке так называемых BiOLEMs (биологически вдохновленных органических светоизлучающих молекул). Их цель: создание светоизлучающих материалов для OLED-дисплеев, которые не содержат токсичных тяжелых металлов и являются биологически разлагаемыми. Это позволит создавать особенно яркие и энергосберегающие экраны для смартфонов, телевизоров и других устройств.
«Когда я вернулся из промышленности в университет, мне было ясно: OLED-технологии должны стать более экологичными и устойчивыми, — говорит профессор Шрамм. — Исследования показывают, что некоторые OLED-материалы уже обнаруживаются в рыбах, морских организмах и даже в грудном молоке».
Видение профессора Шрамма — это создание светоизлучающих материалов, которые не только эффективны и обладают насыщенными цветами, но и компостируемы. Например, это применимо при утилизации старых смартфонов или телевизоров. Также возможны применения в биоэлектронике. «Представьте себе биоэлектронный датчик, который можно проглотить. Он измеряет важные параметры в организме, передает информацию по беспроводной связи, а затем полностью растворяется», — описывает он возможный сценарий будущего.
Химик также видит потенциал в потребительской коммуникации: одноразовые этикетки со светящимися биодисплеями, которые показывают важную информацию о продукте или даже воспроизводят видео — экологически чистые, дешевые в производстве и полностью биоразлагаемые.
Проект пока находится на начальной стадии. Первые зеленые светящиеся BiOLEM уже были созданы и демонстрируют высокую эффективность. Однако остаются проблемы, особенно в отношении долговечности материалов и разнообразия цветов. «Мы сейчас производим новые молекулы, которые ориентированы на структуры из светлячков, — отмечает Шрамм. — Но медузы или маленькие ракообразные также интересны — например, для глубокого синего света, который до сих пор является большой технической проблемой в современных OLED-дисплеях».
Для следующего этапа исследований команда надеется на государственное финансирование. Поддержка уже оказывается от OLED-компаний, таких как BeeOLED и MimoType в Дрездене. «Сотрудничество с компаниями приносит нам большую пользу. Не только для исследований, но и для обучения наших студентов, — говорит Шрамм. — На моих курсах они, например, учатся самостоятельно производить светоизлучающую молекулу светлячков».
Экономический потенциал огромен, даже если выход на рынок еще займет время, утверждает Шрамм. «Только рынок OLED-дисплеев к 2029 году оценивается примерно в 100 миллиардов долларов США. Даже небольшое проникновение нашей технологии на рынок было бы очень прибыльным».
Однако исследователь остается реалистом: «В настоящее время речь идет еще не о продуктах, а о фундаментальных исследованиях. Мы хотим создать материалы, которые светятся, стабильны и при этом биологически разлагаемы: это и есть настоящая задача».
Доктор Штефан Шрамм (34 года) — профессор прикладной органической химии в HTW Dresden. Он является признанным экспертом в области светящихся органических молекул и сделал себе имя на международном уровне в исследованиях биолюминесценции и хемилюминесценции. Он проводил исследования в Абу-Даби, Японии и США. До того как он был назначен в HTW Dresden в 2024 году, он работал руководителем лаборатории в BASF и старшим экспертом по исследованиям OLED-материалов в Merck. За свои научные работы он был неоднократно удостоен наград, в том числе премии Марлен ДеЛюка и премии Алана Роя Катрицкого.
