Декількома словами
Вчені активно досліджують біолюмінесценцію — здатність живих організмів випромінювати світло, щоб розробити екологічно чисті джерела освітлення. Цей прорив обіцяє створення біорозкладних OLED-дисплеїв та інших світлових рішень, які будуть безпечними для довкілля і надзвичайно ефективними.
Те, що колись вважалося містичним природним явищем, сьогодні перебуває у фокусі досліджень та промисловості: біолюмінесценція — здатність живих організмів виробляти світло. Протягом мільйонів років крихітні морські водорості, глибоководні риби, гриби та світлячки вдосконалювали цю дивовижну здатність. Тепер вона може стати відповіддю на ключові питання сталого розвитку технологій.
Понад 3500 відомих видів живих істот виробляють світло у власному тілі через хімічну реакцію. Наприклад, у світлячка молекула люциферин реагує з ферментом люциферазою за наявності кисню, створюючи так зване «холодне світло» з енергоефективністю до 98 відсотків. Для порівняння, звичайні джерела світла, такі як лампи розжарювання, ледь досягають п’яти відсотків ефективності.
Природне світіння зачаровує не тільки біологів, але й дослідників матеріалів та інженерів-хіміків, які шукають сталі альтернативи сучасним технологіям. Так, у 2019 році у французькій громаді Рамбуйє вперше були протестовані «живі лампи». Їх розробив французький стартап Glowee. Світяться бактерії у водних резервуарах, які працюють виключно на поживних речовинах, воді та кисні, освітлюючи вулиці.
У Вищій школі техніки та економіки Дрездена (HTW Dresden) працюють над розробкою так званих BiOLEMs (біологічно інспірованих органічних світловипромінювальних молекул). Їхня мета: світловипромінювальні матеріали для OLED-дисплеїв, які не містять токсичних важких металів і є біорозкладними — тобто для особливо яскравих та енергозберігаючих екранів у смартфонах, телевізорах тощо.
«Коли я повернувся з промисловості до університету, мені було зрозуміло: OLED-технологія повинна стати більш екологічно чистою та стійкою, — каже професор Шрамм. — Дослідження показують, що деякі OLED-матеріали вже виявляються у рибах, морських організмах і навіть у грудному молоці».
Візія професора Шрамма — це створення світловипромінювальних матеріалів, які не тільки ефективні та мають насичені кольори, але й компостуються. Наприклад, це стосується утилізації старих смартфонів або телевізорів. Також можливі застосування в біоелектроніці. «Уявіть собі біоелектронний датчик, який можна проковтнути. Він вимірює відповідні показники в тілі, передає інформацію бездротовим шляхом, а потім повністю розчиняється», — описує він можливий сценарій майбутнього.
Хімік також бачить потенціал у споживчій комунікації: одноразові етикетки зі світловипромінювальними біодисплеями, які відображають важливу інформацію про продукт або навіть відтворюють відео — екологічно чисті, дешеві у виробництві та повністю біорозкладні.
Проєкт ще перебуває на початкових стадіях. Перші зелені BiOLEMs, що світяться, вже були виготовлені та випромінюють світло дуже ефективно. Однак все ще існують виклики, насамперед щодо довговічності матеріалів та різноманітності кольорів. «Ми зараз виготовляємо нові молекули, які орієнтуються на структури зі світлячків, — каже Шрамм. — Але медузи або дрібні ракоподібні також цікаві — наприклад, для глибокого синього світла, яке у сучасних OLED все ще є великою технічною слабкістю».
Для наступного кроку досліджень команда сподівається на державне фінансування. Підтримка вже надається від OLED-компаній, таких як BeeOLED та MimoType у Дрездені. «Співпраця з компаніями приносить нам багато користі. Не тільки для досліджень, але й для навчання наших студентів, — говорить Шрамм. — На моїх курсах вони, наприклад, вчаться самостійно виготовляти світловипромінювальну молекулу світлячків».
Економічний потенціал величезний, навіть якщо вихід на ринок ще займе час, зазначає Шрамм. «Лише ринок OLED до 2029 року оцінюється приблизно у 100 мільярдів доларів США. Навіть незначне проникнення нашої технології на ринок було б дуже прибутковим».
Проте дослідник залишається реалістом: «Зараз мова йде ще не про продукти, а про основи. Ми хочемо створити матеріали, які світяться, стабільні та водночас біорозкладні: це справжній виклик».
Доктор Штефан Шрамм (34 роки) — професор прикладної органічної хімії у HTW Dresden. Він вважається визнаним експертом у галузі світловипромінювальних органічних молекул і здобув міжнародне визнання у дослідженнях біолюмінесценції та хемілюмінесценції. Він проводив дослідження, зокрема, в Абу-Дабі, Японії та США. До того, як він був призначений в HTW Dresden у 2024 році, він працював керівником лабораторії у BASF та старшим експертом з досліджень OLED-матеріалів у Merck. За свої наукові роботи він був неодноразово відзначений нагородами, зокрема премією Марлен ДеЛюка та премією Алана Роя Катріцького.
