生物發光
法國生技新創「Glowee」的生物發光細菌規劃藍圖。圖片來源:翻攝自 Glowee 網頁

一天,法國小鎮「朗布依埃」(Rambouillet)的疫苗中心內,民眾的休息室正散發出微弱的藍綠光。這不是什麼殺死新冠病毒的紫外線光,而是用來營造療癒氛圍的環保燈。這種環保燈的特別之處,就是裡面放有一種發光細菌,發光完全不耗電。

生物發光技術,台灣人不陌生

這盞細菌燈來自法國生技新創「Glowee」,它如何不耗電的自體發光呢?身為台灣人的你對這種原理應該不陌生。

台灣的馬祖有個景點叫做「藍眼淚」,它是在馬祖沿海一帶,會發出藍色光芒的美麗景色。「藍眼淚」的主要發光生物為「夜光蟲」,它是一種單細胞生物。由於體內有許多具有螢光素的球狀胞器,當受到潮汐變化與海浪拍打刺激時,會經由「發光素接合蛋白」抓住「發光素」,再透過「發光素氧化酶」氧化「發光素」,而放出藍色生物光。

不耗電、好環保!法國團隊研發生物發光「細菌燈」

Glowee 的藍燈也是來自生物發光(Bioluminescence)反應,不過是來自一種發光細菌,名叫費氏弧菌(Aliivibrio fischeri)。「Glowee」團隊將費氏弧菌蒐集在瓶子中,並裝入鹹水,提供細菌養分,把氧氣打入水中,製造出讓費氏弧菌能夠發光的環境。由於這樣的發光機制是細菌正常的代謝,因此除了讓細菌進食外,不需要提供如電力等其他能量,也不需要被插頭限縮燈泡位置。如果要「關燈」,只要把氧氣切掉,就能讓細菌進入厭氧階段,停止發光。

Glowee 的生物發光培養皿:

 

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Glowee 的創辦人蕾(Sandra Rey)表示公司目標是把改變城市使用燈照的方式,「我們想要創造一個環境,造福市民、環境與生物多樣性,藉由實施這項光的新哲學理念,打造一個真實且不一樣的未來。」

Glowee 的創辦人蕾表示,人類自 1879 年發明第一盞燈泡以來,製光的方式沒有太大變化。就算 LED 燈泡在 1960 年代出現,大幅度降低發光成本,但燈泡仍然倚賴電力。

因此,2014 年蕾創辦了 Glowee ,想藉由生物發光的微生物,研發永續的液態原始材料。蕾指出比起產製 LED 燈,這種發光方式使用的水更少、碳排放更低,而且該液體還能經由生物分解。

Glowee 是全球相關產業中研發進度最快的公司,正與許多公家單位合作。法國小震朗布依埃市政府投資 Glowee 10 萬歐元(約 310 萬台幣),計畫將該鎮全面改造為生物發光的實驗室。朗布依埃市政府的公共空間主任杜黑(Guillaume Douet)相信,如果這項實驗能夠成功,將為整個國家帶來改變。「這攸關城市的未來,如果這個模式真的成功,我們可以大規模部屬,替換現存的燈光系統。」杜黑表示。

Glowee 目前也正與法國、比利時、瑞士與葡萄牙的 40 座城市洽談合作。歐洲議會也贊助 170 萬歐元(約為 5 千 3 百萬台幣),法國的國家健康與藥學研究中心也提供技術支援。

生物發光

生物發光技術可應用於城市角落。圖片來源:翻攝自 Glowee 網頁

生物發光能成功替代生活光源嗎?有難度!

美國范德比大學(Vanderbilt University)的生物科學教授強森(Carl Johnson)指出,生物發光要大規模應用,仍有許多挑戰。

首先,你必須要餵食細菌,目前 Glowee 的技術每隔幾天到幾週就得補充營養素;而且在細菌變多時還得進行稀釋。第二,發光很依賴環境的溫度,冬天可行性不高。第三,比起電力供給的發光,生物發光的亮度很低;但也許可以藉由提高密度改善。

Glowee 表示細菌燈的亮度為每平方公尺 15 流明,但若以公園或庭院的公共照明來說,每平方公尺至少要 25 流明。以 220 流明的家用 LED 聚光燈舉例,地板照明每平方公尺可以有 111 流明,顯見細菌燈的亮度遠遠不及。目前 Glowee 正嘗試不同溫度與壓力,希望能改良燈光的密度。

其他正在改善的生物發光技術

細菌燈需不斷餵食細菌這個缺點,其實也能改善。理論上來說,只要提取細菌中的生物發光酵素「螢光素酶」,就能讓它發光。

溫哥華的 Nyoka Design Labs 正使用酶來研發發光棒,總監懷特黑德(Paige Whitehead)說「與其使用整輛車,我們只取車頭燈。酵素的相關技術已經讓我們不用再倚賴細胞運作的系統。」

這種發光棒應用範圍很廣,從執法、軍用、演唱會到魚餌等,但由於它含有化學複合物,因此不能回收。許多研究人員擔心這些化學物質會影響海洋生態。

Nyoka Design Labs 發光棒影片:

希臘遠程教育大學(Hellenic Open University)主導的一組研究團隊,正在研發生物發光的植物應用於馬路上的環境燈光。他們預計如果一盞植物燈可以發出 57 流明的光,若要符合歐洲的行人馬路街燈的最低標準,馬路兩側每 30 公尺就需要「設置」40 株植物。

雖然目前看來,真正要達到不供電、全環保的生物發光燈具,還需要一些技術研發的時間。但是如果我們的城市能夠像電影《阿凡達》的樹林一樣,到處都發光,那麼不只地球被減碳而救,人類的心情也能夠被好好療癒吧。

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參考資料

Glowee行政院農業委員會水產試驗所bbcfirstpost

(首圖來源:翻攝自 Glowee 網頁)