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Chemical Stimulation Sustains Bioluminescence of Living Light Materials

生物发光 刺激 业务 化学 神经科学 生物 生物化学
作者
Giulia Brachi,Jessica McKean,Cheng Pau Lee,Joy Edwin-Ezeh,Wil V. Srubar
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.1101/2025.07.16.664986
摘要

Abstract Bioluminescence offers a powerful tool for real-time, label-free sensing for living materials. However, conventional approaches often rely on mechanical stimulation, which is difficult to standardize, spatially localize, and sustain over time. Here, we introduce a chemical strategy to stimulate and sustain bioluminescence in the marine dinoflagellate Pyrocystis lunula , enabling the fabrication of robust, adaptive, light-emitting living materials. By embedding P. lunula into 3D-printed, ionically crosslinked alginate hydrogel scaffolds, we engineered architecturally stable living materials with long-term cellular retention, viability, and light-emitting capacity. Exposure to acidic and basic environments enabled chemically resolved sensing and response via distinct bioluminescent signatures: acid triggers intense, localized, and persistent emission up to 25 minutes, while base induces a diffuse, biphasic emission indicative of cellular stress. Notably, coupling chemical with mechanical stimulation yields a synergistic enhancement of bioluminescence, achieving significantly greater amplitude and duration of light emission without compromising cell reactivity. Longitudinal studies over four weeks demonstrated that our living-light materials retain responsiveness and structural integrity across repeated stimulation cycles, overcoming the limitations of single-use mechanical activation. Together, these findings establish a robust new platform for programmable, light-emitting living materials with applications in biosensing, soft robotics, and environmental monitoring.

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