Forskere stammer naturligt forekommende melanin i massiv skala fra svampe

Pigmentet melanin beskytter menneskelig hud mod skadeligt UV -lys (og giver os en solbrun farve), og er en sand skattekiste for nye materialer og teknologier. Selvom melanin forekommer naturligt, den komplekse biopolymer kan kun fremstilles kunstigt i industriel skala gennem dyre og komplekse processer, hvorunder nogle af forbindelsens egenskaber går tabt. Til dato, processer til ekstraktion af naturligt melanin fra mikroorganismer har lave udbytter. Det er derfor ikke overraskende, at melanin er mange gange dyrere end guld.

Empa -forskere har nu udviklet en metode til at producere melanin i en enkel og meget skalerbar proces. "Melanin er ekstremt stabil, når det udsættes for miljøpåvirkninger og er interessant ikke kun som et pigment, men også langt ud over udviklingen af ​​innovative kompositmaterialer, "siger Empa -forsker Francis Schwarze fra Empas laboratorium Cellulose &Wood Materials.

I deres søgen efter enklere, billigere processer til produktion af naturligt melanin i store mængder, Schwarze og hans team stødte på en almindelig saprofytisk svamp, der vokser i skoven:Armillaria cepistipes. Dens fantastiske stofskifte gør det muligt for svampen at binde tungmetaller, få træ til at lyse i mørket, og producerer melanin i massiv skala. "Vi har valgt en lovende stamme af A. cepistipes, der giver os mulighed for at producere omkring 1, 000 gange mere melanin end med andre svampe, "siger Schwarze. Tricket:A. cepistipes dyrkes i en næringsvæske, og i nærvær af en forløber, tyrosin, frigiver melanin i miljøet. "På denne måde, vi har udviklet en bæredygtig produktionsmetode, som ikke længere kræver tidskrævende ekstraktionstrin anvendt i tidligere mikrobiologiske processer, "forklarer Empa -forskeren. Om tre måneder har A. cepistipes producerer omkring 20 gram melanin.

Den skalerbare og bæredygtige produktion af melanin sætter nu Empa -forskere i stand til at fremme projekter til udvikling af innovative materialer til en række industrielle applikationer. Disse omfatter, for eksempel, et system til vandrensning:Da melanin er i stand til at binde tungmetaller, den kan bruges til at udvikle nye typer vandfiltre. "Vi har integreret melanin i kunstige polymerer som polyurethan, "forklarer Empa-forsker Anh Tran-Ly. Ved hjælp af elektrospinning, polymerblandingen blev spundet til ultrafine fibre til dannelse af membraner. Empa-teamet fandt ud af, at disse melaninbaserede kompositmembraner kan fjerne op til 94% bly fra forurenet vand.

Så sort som ibenholt

I naturen, svampe bruger melanin til at beskytte sig mod andre organismer, der konkurrerer om næringsstoffer og plads i miljøet. Med den nye teknologi, pigmentet kan nu også bruges til at beskytte meget større samfund mod menneskelig påvirkning:Melanin kan bruges til at bevare tropiske skove, hvor dyrt og meget efterspurgt ibenholt vokser.

Tropisk ibenholt træ er særlig værdifuldt på grund af sin unikke mørke farve. En bæredygtig metode, der opgraderer det indfødte grantræ til et visuelt ækvivalent produkt, kan bevare sårbare tropiske skove. "Når grantræ er imprægneret med en melaninsuspension, en dyb, mørkt træ kan produceres, der kan sammenlignes med ibenholt, ”siger Empa -forsker Tine Kalac.

Brug melanin til at bevare sjældne musikinstrumenter

Da Armillaria -svampe bruger melanin som et våben mod konkurrenter, det er kun logisk at bruge melanin til at beskytte træ mod svampe. For at udvikle et melaninbaseret træbeskyttelsesmiddel, Empa -forskere deltager i et nyligt lanceret tværfagligt projekt støttet af Innosuisse, det schweiziske innovationsagentur. Målet er at rekonstruere et historisk blæseinstrument, serpentino (på engelsk:lille slange).

Sammen med University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland og Basel Historical Museum, den industrielle partner i projektet er virksomheden SBerger Serpents i Le Bois (JU), som er ansvarlig for den praktiske gennemførelse af forskningsprojektet - rekonstruktion af instrumentet. Firmaets grundlægger Stephan Berger er begejstret for genfødelsen af ​​dette sjældne instrument:"Serpentino blev brugt for over 400 år siden, og var gudfar for moderne instrumenter som saxofon og tuba, "forklarer han. Selvom det er en teknisk udfordring for musikere at mestre instrumentet, lyden er uforlignelig, siger Berger. "Serpentino skaber lyde, der er rige på overtoner og dybt rørende." Oprindeligt, blæseinstrumentet blev brugt i kirker til at støtte sang, fordi det dækker registre over den menneskelige stemme og dermed kan "bære" et kor.

Selvom nutidens tendens til historisk informerede forestillinger betyder, at serpentinoen er meget efterspurgt, Berger er ikke i stand til at forsyne sine kunder med instrumenter:De særligt buede originalinstrumenter er blevet sjældne. Fordi det slangeformede instrument, som er lavet af valnøddetræ, skaber ikke kun en uforlignelig lyd, kondens fra musikernes ånde skaber et fugtigt mikroklima, der giver fremragende betingelser for vækst af alle slags mikroorganismer. Dermed, betingelserne for bakterier og svampe er gunstige for nedbrydning af de århundredgamle instrumenter, gradvist ødelægge de sidste originale eksemplarer.

Forskningsprojektets trofaste serpentino -kopier skal beskyttes mod denne skade. Det er her, Empas melanin kommer ind:"Hvis vi kan bruge et melaninbaseret træbeskyttelsesmiddel, ikke kun de nybyggede serpentinos kan beskyttes mod forfald, "siger Berger. Andre træblæseinstrumenter bygget i dag ved hjælp af husholdnings-, mindre modstandsdygtige træsorter kunne også drage fordel af sådan en miljøvenlig træbehandling. Dermed, samarbejdet med Empa -teamet er spændende på flere måder end én.