Colorado Boulder Üniversitesi araştırmacıları Pyrocystis lunula adlı biyolüminesan mikroalgleri kullanarak kimyasal uyaranlarla uzun süre ışık üretebilen “canlı materyaller” geliştirdi. Araştırmacılar, bu organizmaları alginat bazlı hidrojel yapıların içine yerleştirip 3D biyobaskı teknolojisiyle farklı geometriler oluşturdu. Yapılar, uygun kimyasal ortam sağlandığında mavi ışık yaymaya başladı. Bioluminesans, canlı organizmaların kendi vücutlarında kimyasal reaksiyonlarla ışık üretmesi anlamına geliyor.
Okyanuslarda yaşayan tek hücreli Pyrocystis lunula’lar dalga hareketleri veya mekanik titreşimlerle karşılaştığında kısa süreli mavi ışık patlamaları oluşturuyor. Patlamaların doğadaki işlevinin savunma mekanizması olduğu düşünülüyor.
Asidik ortamda daha uzun süreli performans
Araştırmacılar, bu doğal ışık sistemini geçici mekanik uyarılardan çıkarıp kontrol edilebilir ve uzun süreli bir platforma dönüştürmeyi amaçladı. pH 4 seviyesindeki asidik ortamın, hücre içindeki “scintillon” adı verilen biyolüminesans organellerini aktive ederek yoğun ve lokalize ışık üretimi oluşturduğunu gözlemledi.
Bazik ortamda ise ışık daha dağınık hale geldi ve zamanla tüm hücreye yayılan bir parlamaya dönüştü. Araştırmacılar bunun hücresel yapının bozulmasıyla ilişkili olabileceğini söylüyor. Deneylerde asidik koşullar altında ışık üretimi yaklaşık 25 dakika boyunca sürdürülebildi. Ayrıca bu koşullarda biyolüminesans yoğunluğu bazik ortama göre çok daha yüksek kaldı.
Araştırmacılar, hücrelerin ışık üretim davranışını yüksek çözünürlüklü mikroskopi ve foton akışı görüntüleme sistemleriyle analiz etti. Sonuçlar, kimyasal uyaranların yalnızca ışığı başlatmadığını, aynı zamanda ışığın süresini ve dağılımını da kontrol edebildiğini gösterdi.
Ekip canlı hücreleri biyouyumlu bir alginat hidrojelin içine gömdü. Jel yapılar, 3D biyobaskı sistemiyle farklı şekillerde üretildi. Elektron mikroskobu görüntüleri, bu yapıların gözenekli bir mikro mimariye sahip olduğunu gösterdi. Böylece oksijen, besin ve gaz alışverişi devam ederken hücreler yapı içinde canlı kalabildi. Çalışmada alglerin yapı içinde haftalar boyunca yaşamayı sürdürdüğü ve çoğalmaya devam ettiği görüldü.
Sistemin ayrıca çevresel bir avantajı da bulunuyor. Algler fotosentez yaparak çözünmüş karbonu enerjiye dönüştürüyor. Yani klasik aydınlatma teknolojilerinin aksine, karbon salımı yerine karbon tüketimi gerçekleşiyor.
Araştırmacılar bu sistemin yalnızca görsel tasarımlar için değil, aynı zamanda çevresel sensörler ve yumuşak robotik sistemler için de kullanılabileceğini düşünüyor. Biyolüminesan hücreler çevresel değişimlere doğrudan optik sinyallerle yanıt verebiliyor. Bu nedenle, gelecekte toksik maddeleri algılayan su sensörleri, derin deniz robotları veya elektriksiz çalışan biyolojik ışık sistemleri geliştirilebilir.
Kaynak: Science Advances