Tinh chế gỗ cứng bằng phát quang sinh học: Làm thế nào để gỗ phát sáng
18 tháng 2 năm 2026
Vì ngày càng nhiều cây lá rụng được trồng trong các khu rừng ở Thụy Sĩ, mà gỗ của chúng thường được đốt trực tiếp, nên các ý tưởng sáng tạo đang rất được săn đón để sử dụng gỗ cứng của Thụy Sĩ một cách bền vững hơn. Do đó, các nhà nghiên cứu của Empa đang trang bị cho gỗ những chức năng mới. Thành tựu mới nhất của họ: gỗ có thể phát sáng trong bóng tối.
Các mẫu gỗ được xử lý bằng nấm mật ong Desarmillaria tabescens phát sáng màu xanh lục trong bóng tối. Hình ảnh: Empa
Để chống lại biến đổi khí hậu và bọ cánh cứng ăn vỏ cây, ngày càng nhiều cây lá rụng được trồng trong các khu rừng ở Thụy Sĩ. Nếu có thể, gỗ của chúng nên được sử dụng nhiều lần trước khi trở thành củi đốt, từ đó giải phóng CO2 đã được giữ lại trước đó trở lại khí quyển. Tuy nhiên, hiện nay, gỗ cứng vẫn thường được sử dụng trực tiếp để sưởi ấm. Do đó, cần có những ý tưởng sáng tạo cho việc sử dụng theo chuỗi bền vững hơn. Một khả năng là trang bị cho vật liệu tự nhiên những đặc tính mới – về mặt kỹ thuật: chức năng – và biến nó thành gỗ từ tính, chống thấm nước hoặc tạo ra điện, chẳng hạn.
Một nhóm nghiên cứu do nhà nghiên cứu nấm Francis Schwarze từ phòng thí nghiệm Vật liệu Cellulose & Gỗ của Empa ở St. Gallen dẫn đầu hiện đang theo đuổi một ý tưởng khác về một loại vật liệu composite mới dựa trên gỗ cứng: gỗ phát sáng. Ngoài các ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật, gỗ phát sáng có thể được chế biến thành đồ nội thất hoặc đồ trang sức thiết kế.
Vật liệu sống đan xen
Điều này đã đạt được nhờ một loại ký sinh trùng: Nấm mật ong là một tác nhân gây bệnh mục trắng ở cây và do đó thực chất là một loại sâu hại gỗ. Một số loài sản sinh ra chất luciferin tự nhiên, được kích thích phát sáng trong một quá trình enzyme hai giai đoạn. Do đó, gỗ thấm đẫm các sợi nấm phát ra ánh sáng xanh lục.
"Gỗ phát sáng tự nhiên lần đầu tiên được mô tả khoảng 2.400 năm trước bởi nhà triết học Hy Lạp Aristotle," Schwarze nói. Nói một cách chính xác, cấu trúc đan xen của nấm và gỗ có thể được mô tả như một vật liệu lai sinh học tự nhiên, sự kết hợp của các vật liệu sống. "Các vật liệu composite được sản xuất nhân tạo loại này sẽ rất thú vị cho nhiều loại ứng dụng," nhà nghiên cứu của Empa cho biết. Nhưng những gì thiên nhiên dường như đạt được một cách dễ dàng lại là thách thức (quá) đối với công nghệ sinh học. Giờ đây, lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu Empa đã thành công trong việc tạo ra và kiểm soát quá trình này trong phòng thí nghiệm.
Từ rừng đến phòng thí nghiệm
"Thợ săn nấm" Francis Schwarze trong kho báu của mình: Nuôi cấy nấm phát sáng, tạo ra gỗ cẩm thạch hoặc làm cho gỗ phát ra âm thanh tốt hơn là chuyên môn của ông. Ảnh: Empa
Nhà công nghệ sinh học Francis Schwarze đã tìm kiếm những loại nấm phát sáng trong tự nhiên, phân tích chúng trong phòng thí nghiệm và giải mã mã gen của chúng.
Nấm mật ong không vòng (Desarmillaria tabescens) hóa ra lại đặc biệt mạnh mẽ. Sau các thử nghiệm sơ bộ với các loại gỗ khác nhau, Schwarze bắt đầu với gỗ balsa (Ochroma pyramidale), một loại gỗ có mật độ đặc biệt thấp.
Sử dụng phương pháp quang phổ, các nhà nghiên cứu đã quan sát cách nấm phân hủy lignin trong các mẫu gỗ balsa, chất chịu trách nhiệm về độ cứng và độ bền nén. Tuy nhiên, phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy độ ổn định của gỗ không bị suy giảm: Cellulose, chất tạo nên độ bền kéo cho gỗ, vẫn còn nguyên vẹn.
Cần: môi trường ẩm
Hình ảnh: Sợi nấm Desarmillaria tabescens kích thước khoảng 20µm dưới kính hiển vi confocal. Ảnh: Empa
Sự kết hợp sinh học giữa nấm và gỗ đạt độ sáng tối đa khi được ủ trong ba tháng. Desarmillaria đặc biệt thích môi trường ẩm: Các mẫu gỗ balsa hấp thụ lượng ẩm gấp tám lần trọng lượng của chúng trong thời gian này. Phản ứng enzyme trong gỗ cuối cùng được kích hoạt khi tiếp xúc với không khí. Ánh sáng phát ra đạt đến đỉnh điểm sau khoảng mười giờ, phát ra ánh sáng xanh lục với bước sóng 560 nanomet, như nhà nghiên cứu Giorgia Giovannini từ phòng thí nghiệm Màng và Dệt sinh học của Empa đã xác định trong quá trình phân tích quang phổ huỳnh quang.
Quá trình hấp dẫn này hiện kéo dài khoảng mười ngày. "Hiện tại chúng tôi đang tối ưu hóa các thông số trong phòng thí nghiệm để có thể tăng cường độ sáng hơn nữa trong tương lai," nhà nghiên cứu của Empa cho biết.
Phát quang sinh học tự nhiên
Trong tự nhiên, phát quang sinh học xảy ra ở rất nhiều sinh vật. Ánh sáng được tạo ra nhờ các quá trình hóa học giải phóng năng lượng dưới dạng cả ánh sáng và nhiệt. Nếu so sánh các phản ứng tạo ra ánh sáng trong tự nhiên dựa trên cái gọi là hiệu suất lượng tử, thì đom đóm đứng đầu với giá trị 40%, sứa phát quang đạt 17%, và nấm phát quang đạt 2%.
Nấm phát quang
Hơn 70 loài nấm thể hiện khả năng phát quang sinh học. Chúng tạo ra ánh sáng được gọi là "lửa cáo" trong gỗ mục. Thuật ngữ này là sự kết hợp giữa tiếng Pháp và tiếng Anh của "faux" (giả) và "fire" (lửa) có nghĩa là "lửa giả". Mục đích của phát quang sinh học ở nấm vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng. Có thể là để thu hút côn trùng phát tán bào tử nấm. Rất khó để tìm ra
Gỗ phát quang trong tự nhiên rất khó phát hiện vì nguồn ánh sáng nhân tạo phổ biến vào ban đêm khiến chúng khó tìm thấy. Nhà nghiên cứu Francis Schwarze của Empa khuyên nên tìm kiếm gỗ mục dưới những chiếc lá mùa thu ẩm ướt vào một đêm thu không trăng trong một khu rừng hỗn hợp cây sồi. Với một chút may mắn, bạn có thể tìm thấy nấm và "bữa tối" gỗ phát sáng của nó.
Mực phát quang
Loài mực nhỏ Watasenia scintillans chỉ dài tám centimet, nhưng khả năng ngụy trang của nó rất tuyệt vời: Các tế bào phát sáng được phân bố rải rác trên mặt dưới của nó.
Những cơ quan phát quang này đánh lừa các loài cá săn mồi sống ở đáy biển. Khi nhìn lên mặt nước, mực phát quang không thể bị kẻ săn mồi phát hiện.
Đom đóm
Những côn trùng này, có kích thước lên đến hai centimet, tìm thấy nhau để giao phối nhờ ánh sáng của chúng. Đom đóm không chỉ có bụng trong suốt mà còn có một lớp phản chiếu ở bên trong.
"Gương tích hợp" này cũng phản chiếu ánh sáng sinh học ra bên ngoài. Điều này khiến Lampyris noctiluca trở thành ngôi sao sáng trong số các sinh vật phát quang sinh học.
Nấm mật ong khổng lồ
Nấm mật ong là một trong những sinh vật kỳ diệu nhất trên trái đất. Nó có thể mọc lên một cách kín đáo trên nền rừng với hình dạng nấm cổ điển, chỉ được tô điểm bằng một dải trang trí quanh thân nấm, giống như một chiếc vòng tay, điều này mang lại cho nó tên Latinh là "Armillaria".
Tuy nhiên, ấn tượng hơn nhiều là mạng lưới các sợi đen mà nó giăng trên gỗ và mặt đất. Các sợi nấm tạo thành những bó dày, dài hàng mét, được bao quanh bởi một lớp bảo vệ màu đen chứa melanin. Những sợi nấm này, được gọi là rễ giả, tìm kiếm môi trường sống và nguồn thức ăn mới.
Sinh vật sống lớn nhất thế giới, một mạng lưới nấm mật ong 2400 năm tuổi, bao phủ một khu vực rộng vài km vuông ở bang Oregon của Mỹ. Cây nấm lớn nhất ở châu Âu có thể được tìm thấy ở Thụy Sĩ trên đèo Ofen. Cây nấm mật ong 1000 năm tuổi này bao phủ một khu vực có diện tích bằng 50 sân bóng đá.
