ES2497340A1 - Procedimiento para el cultivo de algas unicelulares Pyrocystis fusiformis y su uso para la obtención de dispositivos de iluminación ambiental y señalización, sin consumo eléctrico - Google Patents
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Abstract
El objeto de la presente invención consiste en el procedimiento de obtención de dispositivos de iluminación ambiental mediante el uso de poblaciones de micro-organismos bioluminiscentes que emiten luz sin consumo eléctrico y sin dañar al medio, utilizando para ello micro-algas bioluminiscentes Pyrocystis fusiformis. Identifica el problema del consumo de energía eléctrica para producir luz y el que se gasta en producir lámparas y luminarias artificiales, así como el residuo en que estas se convierten al acabar su ciclo de vida útil. Propone como solución a este problema el aprovechamiento de las propiedades bioluminiscentes de microorganismos dispuestos adecuadamente en dispositivos de iluminación biodegradables.
Description
PROCEDIMIENTO PARA EL CULTIVO DE ALGAS UNICELULARES
- PYROCYSTIS
- FUSIFORMIS y SU USO PARA LA OBTENCiÓN DE
- DISPOSITIVOS
- DE ILUMINACiÓN AMBIENTAL Y SEÑALIZACIÓN, SIN
- CONSUMO ELÉCTRICO.
Objeto de la invención La presente invención se encuadra en el sector técnico biotecnológico y arquitectónico. Su principal objeto consiste en el procedimiento de obtención de dispositivos de iluminación ambiental y seí'lalización, capaces de emitir luz sin consumo eléctrico y sin dañar al medio, mediante el uso de poblaciones de microorganismos bioluminiscentes. En concreto, para ello se emplean algas unicelulares de la especie Pyrocystis fusiformis. Además del uso de poblaciones de micro-organismos bioluminiscentes, se presentan varios diseños de soportes biodegradables que acogerían dichas poblaciones para dar forma a distintos dispositivos capaces de emitir luz y/o proyectar información sin consumir energía eléctrica.
Todo ello genera una serie de ventajas, de entre las que destacan las siguientes:
Se sustituyen los tradicionales mecanismos de diseño y producción basados en el consumo de recursos naturales y la generación de desechos, por la generación de recursos y el impacto positivo en el medio. No se usa electricidad porque la luz emitida por los micro-organismos es natural. Se reduce la energía empleada en fabricar y mantener los actuales dispositivos artificiales que emiten luz ya que los micro-organismos crecen no se fabrican. Se reducen las emisiones de CO2 producidas al fabricar dichos dispositivos artificiales para la emisión de luz. Se evita el impacto paisajístico y medioambiental y se elimina la noción de desecho (el medio no reabsorbe una farola, pero sí micro-organismos y biomateriales).
Los prototipos de dispositivos bioluminiscentes que se presentan se encuentran en fase experimental aunque ya se han obtenido resultados de laboratorio que avalan su viabilidad, y los procedimientos y protocolos de cultivo de los micro-organismos con los que se ha trabajado, se han particularizado para obtener los dispositivos bioluminiscentes correspondientes. Actualmente no existe ningún producto en el mercado con características similares, si bien se han realizado proyectos de investigación (también en fase experimental) que exploran las características bioluminiscentes de poblaciones de micro-organismos para emitir luz. Tal es el caso de los siguientes proyectos: Biomario (Namba, Minamoto y Morimoto 2009), Deep Green 1 y Je/lyfish Lounge (Takayama y Nicholson 2004), Exposure Smartsurfaces (Adelson, Feldman, Krauss, Ligeski, Sturm, Theisz 2009), Bio-Light (Clive van Heerden PHILlPS 2011).
El uso de micro-organismos bioluminiscentes con propósitos de diseño ha sido explorado por diferentes investigadores en distintas propuestas. Entre ellas, encontramos BioMario, una imagen del personaje del famoso videojuego de Nintendo configurada a partir de bacterias bioluminiscentes. En este proyecto, desarrollado por un equipo de la Universidad de Osaka liderado por Namba, Minamino y Morimoto para el concurso IGEM 2009, se utilizaron poblaciones de bacterias modificadas genéticamente para expresar colores rojos y verdes. Otras propuestas se centran en implementar poblaciones de bacterias en piezas de mobiliario. Este es el caso de las propuestas Deep Green 1 y Je/lyfish Lounge, ambas desarrolladas por el Symbiotic Bacterial Light Project de la Universidad de Canberra. El primer proyecto consiste en una lámpara tubular que contiene agua y bacterias que brillan al ser excitadas por el movimiento del agua producido al inyectar aire en las estructuras tubulares. El segundo, se trata de una silla que tiene una pantalla con bacterias en cuyo ADN se introdujo la proteína GFP (extraída del ADN de la especie de medusa Aquorea victoria), la cual confiere a las bacterias la propiedad de emitir luz. Además de estas propuestas, Philips anunció el prototipo de lámpara Bio-Lamp en noviembre de 2011, la cual emite luz gracias a una serie de poblaciones de bacterias bioluminiscentes que se alimentan de metano. La lógica de funcionamiento de este prototipo es muy similar a la que Adelson, Feldman, Krauss, Ligeski, Sturm y Theisz utilizaron en 2009 para su proyecto Exposure para Smartsurfaces. Durante este mismo año se desarrolló la
investigación sobre la manipulación de poblaciones de micro-organismos bioluminiscentes que se presenta en este documento.
Figura 1. Prototipo de dispositivo bioluminiscente en estructura de componentes de base cuadrada y hexagonal para albergar poblaciones de Pyrocystis fusiformis,
donde: 1 -Estructura de componentes de bioplástico transparente de base hexagonal.
2 -Estructura de componentes de bioplástico transparente de base cuadrada.
Figura 2.A. Prototipo de dispositivo bioluminiscente en estructura de barras de bioplástico transparente para albergar poblaciones de Pyrocystis fusiformis, donde:
1. Barra de bioplástico transparente rellena de agua salada y poblaciones de
Pyrocystis fusiformis.
- 2.
- Suelo de caucho reciclado.
- 3.
- Enchufe.
- 4.
- Calentador.
- 5.
- Componente de caucho reciclado relleno de agua salada y poblaciones de
Pyrocystis fusiformis.
6. Rótula metálica.
Figura 2. B. Dispositivo bioluminiscente de estructura de barras de bioplástico rellenas de agua salada y Pyrocystis fusiformis, para iluminación ambiental de espacios públicos.
Figura 2. C. Dispositivo bioluminiscente de estructura de barras de bioplástico rellenas de agua salada y Pyrocystis fusiformis, para ser"lalización de carreteras.
La novedad fundamental de la presente invención radica en el procedimiento de obtención de dispositivos de iluminación ambiental, aprovechando las cualidades lumínicas que presenta la especie de algas unicelulares Pyrocystis fusiformis, para producir luz de forma natural sin consumir energía eléctrica y sin emitir residuos nocivos para el medio. Estas dos características son las ventajas que ofrece con respecto a sistemas de iluminación tradicionales. Además, la invención presenta diseños de geometrías biodegradables y/o recicladas que albergan poblaciones de estas clases de micro-organismos para configurar dispositivos bioluminiscentes en función de los resultados obtenidos en laboratorio.
Las dos mayores dificultades que entraña el cultivo de poblaciones de dichos micro-organismos son cómo hacer que brillen de forma más intensa y cómo mantenerlos vivos el máximo tiempo posible. En este sentido, la invención presenta una serie de estrategias relacionadas con las condiciones de cultivo y el diseño de las geometrías que albergan las poblaciones de bacterias y algas unicelulares. Dichas estrategias se explican a través de los siguientes procedimientos de cultivo:
1) Procedimiento de cultivo de poblaciones de Pyrocystis fusiformis.
Obtención de agua salada a partir de agua destilada con sales minerales, añadir vitaminas y poblaciones de dinoflagelados de la especie Pyrocystis fusiformis en relación 1 :3; es decir, teniendo en cuenta que el volumen de agua ha de ser tres veces superior al de dinoflagelados
Introducir en una incubadora el contenedor con agua salada y los dinoflagelados a una temperatura que oscile entre los 18°C y los 27°C, junto con una lámpara que ilumine el contenedor y permanezca 12h encendida y 12h apagada para que las algas unicelulares se acostumbren a su ciclo circadiano.
Cuando se alcance el nivel de luminosidad deseado (aproximadamente al cabo de una semana), subdividir los cultivos vertiendo la mitad del contenido de cada contendor en otro distinto de igual tamaño que contenga agua salada y nutrientes; respetando la proporción 1:3 que se menciona en el primer punto.
Con respecto a los dispositivos bioluminiscentes que se propone patentar, se detallan a continuación los siguientes:
2) Descripción de prototipos para dispositivos bioluminiscentes que alberguen algas unicelulares de la especie Pyrocystis fusiformis.
Estructura pixelada para pantallas y elementos publicitarios con componentes cuadrados o hexagonales, hecha de bioplástico transparente (Fig.1). Cada píxel, con una capacidad de 10ml a 50ml de volumen, se llenaría con agua salada y poblaciones de Pyrocystis fusiformis, y podría ser excitado mecánicamente de forma individual para emitir luz, e incluso mensajes de texto. La extensión en ancho y alto de este tipo de estructura flexible, dependería del uso que se le quisiera dar.
Barras cilíndricas de bioplástico transparente rellenas de agua salada y poblaciones de Pyrocystis fusiformis, con una rótula metálica en la base y un suelo de bioplástico o caucho reciclado (Fig.2.A, 2.B Y 2.C). Este prototipo está pensado para que el viento mueva las barras excitando las micro-algas del interior para que produzcan luz. La rótula metálica sujeta las barras al suelo y permite su movimiento. Una variante de este prototipo, podría incluir un sistema que transformase la energía cinética producida por el movimiento de las barras en electricidad o calor.
1) Procedimiento de obtención de cultivos de Pyrocystis fusiformis empleado.
Para empezar el trabajo de laboratorio con estas micro-algas, se encargaron bolsas de 50ml que contenían dinoflagelados de la especie Pyrocystis fusiformis, sales minerales y vitaminas. Se preparó agua salada (a partir de agua destilada y las sales minerales que se pidieron), a la que se añadieron las vitaminás y los dinoflagelados en una proporción aproximada de 1 :3; es decir, 10ml de sales minerales más 10ml de vitaminas junto con 150ml de dinoflagelados, para 500ml de agua salada. Los recipientes en los que se vertió la mezcla fueron previamente desinfectados con alcohol y, una vez llenos con la mezcla, se introdujeron en una incubadora a 25°C. Dentro de la incubadora se puso una luz con un controlador de tiempo para mantenerla encendida 12h y apagada otras 12h. De este modo, las algas unicelulares crecieron y se acostumbraron a su ciclo circadiano.
El primer cultivo de Pyrocystis fusiformis no emitió ningún tipo de luz, de modo que se observó una muestra al microscopio y se pudo comprobar que un organismo estaba alimentándose de las micro-algas. El segundo cultivo comenzó a brillar levemente en dos días. Entonces se pudo percibir cómo los dinoflagelados emitían luz al agitar los recipientes que contenían el agua salada en que vivían. Al cabo de una semana, el brillo era muy intenso al repetir la misma operación. A las dos semanas se subdividieron los cultivos en otros contenedores con agua salada para aumentar la población de micro-organismos bioluminiscentes. Para este segundo cultivo, se incrementó el tiempo de exposición a la luz artificial dentro de la incubadora pasando a 17h con luz y 7h sin ella. De esta forma, las poblaciones de micro-algas crecieron más deprisa y se acostumbraron a un ciclo circadiano en el que brillaban más. Una vez se obtuvieron poblaciones de Pyrocystis fusiformis estables y con un brillo intenso, se diseñaron distintas geometrías con diferentes capacidades en las que se introdujeron los cultivos de poblaciones de estos dinoflagelados.
2) Prototipos bioluminiscentes para la especie de alga unicelular Pyrocystis fusiformis.
La primera geometría que se probó fue una estructura pixelada con pequeños volúmenes de 10ml (Fig.1) en los que se inyectó agua salada con poblaciones de Pyrocystis fusiformis. Esta geometría estaba pensada para poder excitar cada píxel por separado y hacerlo brillar de manera independiente, y funcionó bastante bien. Basado en este prototipo, podría pensarse en una estructura para una pantalla, que además de emitir luz, pudiera mostrar información o reproducir imágenes o texto. Este prototipo podría servir para fachadas, pantallas, carteles comerciales, señalética, o incluso para reproducir imágenes.
Se probó otra geometría cuyo volumen también era de 10ml, pero con una distribución más superficial que la anterior. La intención era comprobar las propiedades lumínicas de las micro-algas en elementos prácticamente planos para desarrollar superficies transparentes que dividiesen espacios y pudieran iluminarse al ser excitadas mecánicamente. Los prototipos no brillaron porque, aparentemente, la especie Pyrocystis fusiformis necesita más volumen para emitir luz visible alojo humano. Se realizó otra prueba con hidrogel, un gel con una densidad superior a la del agua. El objetivo de este prototipo era el de comprobar si sería factible producir mobiliario relleno con gel, con una piel flexible y transparente, que se pudiera adaptar a la forma del cuerpo y que pudiera emitir luz entrar en contacto con él. No brilló porque los dinoflagelados demostraron tener una movilidad insuficiente para emitir luz en un medio gelatinoso; de hecho, acabaron muriendo.
La última geometría que se probó, esta vez con éxito, fue un contenedor plástico flexible y transparente de 200ml en el que se podía apreciar una calidad en el brillo muy similar a la de los contenedores de los cultivos originales. Los resultados obtenidos con este prototipo, indican que sería posible pensar en dispositivos bioluminiscentes eficientes para iluminar y señalizar carreteras, caminos o espacios públicos. Estos dispositivos podrían ser excitados por el viento o por mecanismos artificiales para hacer brillar a las poblaciones de micro-algas.
Este tipo de geometrías condujo a pensar en otro escenario de diseño posible, un campo de barras hechas con material biodegradable, que contuviesen agua salada con poblaciones de Pyrocystis fusiformis (Fig.2.A). El movimiento del viento excitaría los dinoflagelados contenidos en las barras transparentes, de modo que éstas emitirían luz. En la base de cada barra podría situarse un dispositivo que transformase la energía cinética causada por el movimiento de las barras en otro tipo de energía. En el caso de que el prototipo se dispusiera en la fachada de un edificio o en su cubierta, la energía cinética causada por el movimiento de las barras podría ser utilizada para abastecerlo. Si el prototipo se instalase en un espacio público, la energía cinética podrfa utilizarse para calentar el pavimento o para dotarlo de una red eléctrica.
Claims (3)
- Reivindicaciones
- 1.
- Procedimiento para el cultivo de micro-organismos bioluminiscentes utilizando poblaciones de bacterias de la especie Pyrocystis fusiformis, especificado en el punto 1 del apartado de descripción, caracterizado por obtener agua salada a partir de la mezcla de agua destilada, sales minerales, vitaminas y poblaciones de dinoflagelados Pyrocystis fusiformis en relación 1 :3, teniendo en cuenta que el volumen de agua ha de ser tres veces superior al de dinoflagelados. Introducir en una incubadora el contenedor con agua salada y los dinoflagelados a una temperatura que oscile entre los 18°C y los 27°C, junto con una lámpara que ilumine el contenedor y permanezca 12h encendida y 12h apagada.
-
- 2.
- Uso de la especie de micro-algas bioluminiscentes Pyrocystis fusiformis para la obtención de los dispositivos de iluminación ambiental y señalización que se especifican en el punto 2 del apartado de descripción, cultivadas según el procedimiento de cultivo especificado en el apartado 1 de la descripción, citado también en la reivindicación 1.
-
- 3.
- Dispositivos bioluminiscentes de iluminación ambiental sin consumo eléctrico, que contienen poblaciones de micro-algas bioluminiscentes Pyrocystis fusiformis, tal y como aparecen descritos en el apartado 2 de la descripción, detallados a continuación:
- -
- Estructura pixelada de compartimentos estancos unidos entre sí, compuesta preferentemente de una base cuadrada o hexagonal, con una capacidad de 10ml a 50ml de volumen, fabricada preferentemente con bioplástico transparente y rellanada con agua salada y poblaciones de Pyrocystis fusiformis para emitir luz y/o mensajes de texto al excitar cada pixel.
- -
- Estructura de barras cilíndricas, compuesta por una rótula metálica en la base que sujeta las barras cilíndiricas y suelo de bioplástico o caucho reciclado, fabricado preferentemente con bioplástico transparente y rellenas de agua salada y poblaciones de Pyrocystis fusiformis para emitir luz al ser excitada por el viento.
mr/NINABILIII .0111111101111111nosemilm 111111111151111111114111111111MFigura 14 5
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