Лигнин — один из самых распространённых ароматических полимеров на Земле, который давно признан перспективным источником биомассы. Однако из-за сложной и неоднородной структуры, а также устойчивости к разложению его использование в основном ограничивалось сжиганием для получения энергии.
Оптимизация потенциала
Чтобы раскрыть весь потенциал лигнина, исследователи сосредоточились на его оптических свойствах. Их цель — контролировать интенсивность люминесценции и длину волны излучения лигнина путём управления локальной средой вокруг хромофоров.
Генетическая инженерия
Учёные генетически модифицировали тополя, чтобы усилить экспрессию фермента Фелуроил-CoA 6′-гидроксилазы (F6’H1). Этот фермент преобразует фелуроил-CoA — промежуточное соединение в биосинтезе лигнина — в скополетин, производное кумарина с отличными люминесцентными свойствами.
Результаты исследования
Работа опубликована в журнале Plant Biotechnology Journal. Модифицированный лигнин сохранил чёткую люминесценцию даже в растворителях с низкой полярностью, что указывает на равномерное распределение скополетина внутри молекулы лигнина. Более того, люминесценция сохранялась, когда лигнин был внедрён в полимерные матрицы, а её интенсивность варьировалась в зависимости от растворителя и взаимодействий с полимером, подчёркивая важность дизайна материалов.
Кроме того, лигнин проявлял флуоресценцию, чувствительную к pH: интенсивность увеличивалась в щелочных условиях и уменьшалась в кислотных. Также наблюдалась обратимая фотодимеризация скополетина под воздействием УФ-излучения, впервые наделяя лигнин светочувствительными свойствами.
Потенциальные применения
Эти особенности предполагают потенциальное применение в материалах, чувствительных к стимулам, таких как полимеры с памятью формы, фотопереключаемые гели, флуоресцентные метки и материалы для 3D-печати.
Заключение
Это новаторское исследование демонстрирует возможность преобразования недоиспользуемой биомассы в высокоэффективные оптические материалы с помощью молекулярного дизайна и генной инженерии. Оно представляет собой значительный шаг на пути к разработке экологически чистых, устойчивых фотофункциональных материалов и открывает многообещающие перспективы для будущих инноваций в области материаловедения, экологических технологий и биотехнологии.
Предоставлено университетом Эхиме.