Пигменты водорослей и живые текстильные покрытия

Под одним заголовком тут соседствуют две совсем разные идеи. Первая — красить текстиль веществами из водорослей вместо синтетических красителей. Вторая — держать фотосинтезирующие клетки живыми на ткани, чтобы изделие продолжало связывать углекислый газ. Отказывают они по разным причинам, и разделить их полезно.

Цвет водорослей — это цвет белка

Яркие окраски цианобактерий и красных водорослей дают фикобилипротеины: фикоцианин, аллофикоцианин и фикоэритрин. Их хромофоры — билины, линейные тетрапирролы, химически родственные продуктам распада гема, — присоединены ковалентно через тиоэфирные связи к остаткам цистеина. Сами по себе свободные билины подвижны и окрашены слабо. Интенсивное поглощение, а у этих белков и сильная флуоресценция, возникают потому, что белковый каркас удерживает тетрапиррол в вытянутой жёсткой конформации.

В этом и состоит ограничение. Цвет является свойством свёрнутого белка, поэтому его разрушают нагрев, кислота, щёлочь и длительное освещение: каркас денатурирует, хромофор расслабляется, полоса поглощения уширяется и гаснет. Фикоцианин известен низкой термо- и фотостабильностью, а отделочное производство вместе со сроком носки изделия дают ровно те условия, которых он не переносит.

Пигмент — не краситель

Краситель работает за счёт сродства к волокну: активные красители образуют ковалентные связи с гидроксилами целлюлозы, кислотные — ионные с протонированными аминогруппами шерсти и полиамида, дисперсные распределяются в полиэфире выше его температуры стеклования. У большинства красящих веществ из водорослей такого сродства нет. Это пигменты, наносимые со связующим, которое приклеивает их к поверхности, а поверхностную окраску оценивают другими методами — устойчивостью к трению по ISO 105-X12 и к стирке по ISO 105-C06, — и проходит она их обычно хуже, чем волокнисто-активный краситель. Экологический довод здесь реален, но состоит главным образом в том, чего удаётся избежать: нет тяжелометалльной протравы, нет ароматических аминов в предшественниках, ниже температура нанесения. Это не заявление о лучшей устойчивости окраски.

Есть и третий путь водорослей в текстиль: молотую биомассу вводят в прядильный раствор регенерированной целлюлозы и формуют волокно лиоцельного типа. Здесь водоросль — наполнитель в несколько процентов, заключённый в целлюлозную матрицу; поэтому она переживает стирки, но по той же причине приписываемая ей биоактивность в основном заперта внутри волокна.

У живого покрытия есть эксплуатационный бюджет

Фотосинтезу нужны свет подходящих длин волн, жидкая вода, растворённый неорганический углерод и минеральное питание. Цианобактерии и зелёные водоросли на поверхности ткани действительно связывают углерод, пока все четыре условия выполняются, но носимая одежда не обеспечивает надёжно ни одного. Связывающий предел — высыхание: большинство таких организмов теряет фотосинтетическую способность за часы после подсыхания, и хотя отдельные засухоустойчивые штаммы восстанавливаются при повторном увлажнении, устойчивость оплачивается скоростью роста и содержанием пигментов. Количество углерода, связанного тонкой плёнкой клеток за срок службы изделия, к тому же мало по сравнению с углеродом, воплощённым в самой ткани, и честный расчёт обязан приводить обе величины.

Изменение цвета в таких системах — обычно симптом, а не функция. По мере старения и выцветания клеток состав пигментов сдвигается и ткань меняет оттенок: это читается как индикатор состояния покрытия, но не является управляемым механизмом смены цвета.