Вместо нейлона и полиэстера. Корейские ученые создают экологически чистые разноцветные ткани на основе бактерий

Этот подход представляет собой экологически чистую альтернативу нынешним химическим процессам текстильной промышленности, в которых используются загрязняющие окружающую среду синтетические волокна и красители.

«Отрасль использует синтетические волокна на основе нефти и химикаты для окрашивания, в состав которых входят канцерогены, тяжелые металлы и вещества, нарушающие работу эндокринной системы», — сказал Сан Юп Ли, старший автор и инженер-биохимик в KAIST.

«Эти процессы генерируют огромное количество парниковых газов, ухудшают качество воды и загрязняют почву, поэтому мы хотим найти лучшее решение», — добавил Ли. Бактериальная целлюлоза — это материал, который становится устойчивой альтернативой распространенным тканям на основе нефти, таким как полиэстер и нейлон. Она состоит из чистых волокнистых сетей, естественным образом образуемых определенными микроорганизмами в процессе ферментации.

Используя потенциал бактериальной целлюлозы, команда Ли попыталась одновременно создать ткань и окрасить ее яркими натуральными пигментами.

В конце концов это получилось благодаря культивированию целлюлозообразующих бактерий (Komagataeibacter xylinus) вместе со специализированными цветообразующими микробами. Полученные микробные цвета произошли от двух молекулярных семейств. Виолацеины создавали холодные тона — от зеленого до фиолетового, а каротиноиды — теплые оттенки — от красного до желтого.

Однако первоначальные попытки совместного культивирования целлюлозообразующей бактерии (Komagataeibacter xylinus) и цветообразующей бактерии (Escherichia coli) не увенчались успехом. Это было связано с тем, что эти виды взаимодействовали друг с другом, что приводило к снижению продукции целлюлозы или отсутствию окраски. Чтобы разрешить этот микробный конфликт и получить полный спектр цветов, исследователи разработали две стратегии.

Для получения виолацеинов холодных тонов цветообразующие бактерии добавляли только после того, как целлюлозообразующие бактерии уже достигли определенного уровня роста, что позволяло обеим группам успешно выполнять свою функцию.

В случае каротиноидов теплого тона целлюлозу сначала произвели, собрали и очистили, а затем вымочили в отдельных пигментных культурах. Внедрение этих двух специализированных методов культивирования привело к получению листов бактериальной целлюлозы цветовой гаммы от фиолетового до темно-синего, синего, зеленого, желтого, оранжевого и красного.

Для оценки практической долговечности окрашенных микробами тканей материалы подвергали стирке, отбеливанию, нагреванию, воздействию крепких растворов кислот и щелочей.

Результаты оказались весьма многообещающими: большинство цветов успешно сохранили свои оттенки. Примечательно, что текстиль, окрашенный пигментами на основе виолацеина, продемонстрировал лучшие результаты при стирке, чем синтетические красители.

«Наша работа не изменит всю текстильную промышленность прямо сейчас, — сказал Ли. — Но, по крайней мере, мы предложили экологически безопасное направление — устойчивое окрашивание тканей с одновременным производством целлюлозы».

Вывод на рынок тканей на основе бактерий сопряжен с рядом проблем, на преодоление которых, по оценкам, уйдет не менее пяти лет. К основным препятствиям относятся необходимость расширения производства до промышленного уровня и экономическая конкуренция с низкой стоимостью существующих текстильных изделий на основе нефти.

В конечном итоге коммерческий успех этого устойчивого подхода зависит от потребителя, и если он предпочтет экологически чистую, но недешевую ткань более бюджетному текстилю, у корейской разработки будет возможность стать коммерчески успешной.