Naukowcy opracowali pionierską metodę produkcji barwionych tekstyliów bezpośrednio z bakterii, eliminując potrzebę stosowania tradycyjnych, zanieczyszczających procesów barwienia. Badania opublikowane w Trends in Biotechnology pokazują zrównoważony i skuteczny sposób tworzenia jasnych, opalizujących tkanek w jednym kroku.
Problemy tradycyjnej produkcji tekstyliów
Nowoczesna produkcja tekstyliów opiera się w dużej mierze na syntezie chemicznej i obróbce końcowej, które są energochłonne, szkodliwe dla środowiska i pracochłonne. Procesy te generują znaczną emisję gazów cieplarnianych oraz uwalniają do środowiska niebezpieczne metale ciężkie i substancje rakotwórcze. Zależność branży od paliw kopalnych i zanieczyszczających chemikaliów skłoniła do poszukiwania bardziej zrównoważonych alternatyw.
Celuloza bakteryjna jako roztwór
Naukowcy wykorzystali celulozę bakteryjną, naturalny polimer wytwarzany przez mikroorganizmy, jako obiecujący zamiennik tradycyjnych włókien tekstylnych. Wiele bakterii przekształca glukozę w celulozę, tworząc materiał podobny do bawełny, ale mający mniejszy wpływ na środowisko. Jednakże celuloza bakteryjna ma charakter biały i wymaga oddzielnego procesu barwienia.
Wprowadzenie kolorowania do procesu
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy pod kierownictwem Sang Yupy Lee z Koreańskiego Instytutu Nauki i Technologii opracowali szczepy Escherichia coli (E. coli), które jednocześnie wytwarzają celulozę i naturalne barwniki. Zespół manipulował bakteriami, aby stworzyć dwie klasy barwników: wiolaceiny (wytwarzające odcienie fioletu, błękitu i zieleni) oraz karotenoidy (wytwarzające odcienie czerwieni, pomarańczy i żółci).
Dwuetapowa metoda barwienia
Początkowe podejście polegało na genetycznej modyfikacji Komagataeibacter xylinus w celu zwiększenia produkcji celulozy poprzez dodanie do środowiska reakcyjnego E. coli wytwarzającej wiolaceinę. W rezultacie powstały tkaniny barwione na fioletowo, niebiesko i zielono. Jednak uzyskanie ciepłych odcieni okazało się trudniejsze, ponieważ bakterie nie wytworzyły wystarczającej ilości barwnika.
Aby temu zaradzić, zespół wdrożył metodę współkultury. Do hodowli E. coli wytwarzającej karotenoidy dodano wstępnie wyhodowaną i poddaną obróbce celulozę, która z powodzeniem wytworzyła tkanki zabarwione na czerwono, pomarańczowo i żółto. To dwuetapowe podejście uzupełniło tęczową paletę zespołu.
Zalety i stabilność
Metoda ta eliminuje konieczność stosowania oddzielnych procesów barwienia i prania, redukując odpady chemiczne i zużycie wody. Barwiona celuloza bakteryjna wykazała wysoką odporność na kwasy, zasady, obróbkę cieplną i pranie.
Przyszłe kierunki
Konieczne są dalsze badania, aby w pełni ocenić trwałość tych materiałów pod wpływem detergentów przemysłowych i zużycia mechanicznego. Zespół planuje rozszerzyć gamę kolorów poza obecne siedem odcieni i skalować proces do produkcji przemysłowej przy zachowaniu stałej jakości. Zmiana w produkcji celulozy bakteryjnej może również otworzyć drzwi do opakowań biodegradowalnych i innych zastosowań.
Ten przełom stanowi obiecującą ścieżkę do bardziej zrównoważonej produkcji tekstyliów, zmniejszając wpływ na środowisko przy jednoczesnym zachowaniu jakości i wszechstronności produktu.
