Ученые разработали новаторский метод производства окрашенных текстильных материалов непосредственно из бактерий, устраняя необходимость в традиционных, загрязняющих окружающую среду процессах крашения. Исследование, опубликованное в Trends in Biotechnology, демонстрирует устойчивый и эффективный способ создания ярких, радужных тканей в один этап.
Проблемы Традиционного Производства Текстиля
Современное производство текстиля в значительной степени зависит от химического синтеза и последующей обработки, которые являются энергоемкими, наносят вред окружающей среде и требуют больших трудозатрат. Эти процессы генерируют значительные выбросы парниковых газов и высвобождают в окружающую среду опасные тяжелые металлы и канцерогены. Зависимость отрасли от ископаемого топлива и загрязняющих химических веществ подтолкнула к поиску более устойчивых альтернатив.
Бактериальная Целлюлоза как Решение
Исследователи обратились к бактериальной целлюлозе — природному полимеру, производимому микроорганизмами, — как к перспективной замене традиционным текстильным волокнам. Многие бактерии преобразуют глюкозу в целлюлозу, создавая материал, похожий на хлопок, но с меньшим воздействием на окружающую среду. Однако бактериальная целлюлоза по своей природе белая, что требует отдельного процесса крашения.
Внедрение Окрашивания в Процесс
Чтобы решить эту проблему, ученые под руководством Санга Юпа Ли из Корейского института науки и технологий разработали штаммы Escherichia coli (E. coli) для одновременного производства как целлюлозы, так и натуральных красителей. Команда манипулировала бактериями для создания двух классов красителей: виолацеины (производящие пурпурные, синие и зеленые оттенки) и каротиноиды (производящие красные, оранжевые и желтые тона).
Двухэтапный Метод Окрашивания
Первоначальный подход заключался в генетической модификации Komagataeibacter xylinus для повышения производства целлюлозы с добавлением виолацеин-продуцирующих E. coli в реакционную среду. Это привело к получению тканей, окрашенных в пурпурные, синие и зеленые цвета. Однако достижение теплых оттенков оказалось более сложной задачей, поскольку бактерии не производили достаточное количество красителя.
Чтобы преодолеть это, команда внедрила метод совместного культивирования. Предварительно выращенная и обработанная целлюлоза была добавлена в культуру каротиноид-продуцирующих E. coli, что позволило успешно получить ткани, окрашенные в красные, оранжевые и желтые цвета. Этот двухэтапный подход завершил радужную палитру команды.
Преимущества и Стабильность
Этот метод устраняет необходимость в отдельных процессах крашения и стирки, сокращая количество химических отходов и потребление воды. Окрашенная бактериальная целлюлоза продемонстрировала высокую стабильность к кислотам, щелочам, термической обработке и стирке.
Будущие Направления
Необходимы дальнейшие исследования для полной оценки долговечности этих материалов при воздействии промышленных моющих средств и механического износа. Команда планирует расширить цветовую гамму за пределы текущих семи оттенков и масштабировать процесс для промышленного производства, сохраняя при этом стабильное качество. Изменение производства бактериальной целлюлозы также может открыть двери для биоразлагаемой упаковки и других применений.
Этот прорыв предлагает многообещающий путь к более устойчивому производству текстиля, снижая воздействие на окружающую среду при сохранении качества и универсальности продукции.
