Wyobraź sobie, że gdy jest ciemno, możesz czytać przez świecące rośliny na biurku, zamiast włączać światło. Co to za doświadczenie?
Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) podjęli krytyczny pierwszy krok w procesie realizacji tej wizji. Inżynierowie wszczepili specjalne nanocząsteczki w liście rukiew wodną, co spowodowało, że rukiew wodna świeciła przez prawie cztery godziny. Uważają, że dzięki dalszej optymalizacji ta świetlista roślina pewnego dnia wystarczy, aby oświetlić przestrzeń roboczą.
Michael Strano, profesor inżynierii chemicznej na MIT i starszy autor badania, powiedział, że ich pomysłem jest stworzenie rośliny, która może być używana jako lampa biurkowa - zasilanie nie musi być włączane, a źródło światła ostatecznie pochodzi z samej uprawy. Metabolizm energetyczny.
Badacz powiedział, że technologia ta może być również wykorzystana do zapewnienia oświetlenia wewnętrznego o niskiej intensywności lub do przekształcenia drzew w samozaopatrzone światła obwodowe.
Strano powiedział, że oświetlenie stanowi około 20% globalnego zużycia energii, a zakłady mogą się naprawiać, mają własną energię i przystosowały się do środowiska zewnętrznego. Wierzą, że nadszedł czas.
Nowe pole badawcze stworzone przez laboratorium Strano nazywa się Nanobionika roślinna, która ma na celu nadanie roślinom nowych cech poprzez wszczepianie różnych rodzajów nanocząstek do roślin. Celem zespołu jest przekształcenie instalacji w celu zastąpienia wielu funkcji dostarczanych przez instalacje elektryczne. Wcześniej naukowcy zaprojektowali rośliny, które mogą wykrywać materiały wybuchowe i przesyłać informacje do smartfonów, a także rośliny, które mogą monitorować warunki suszy.
Doniesiono, że lucyferaza jest enzymem, który sprawia, że świetliki świecą. Aby stworzyć rośliny emitujące światło, zespół MIT zwrócił się do tego enzymu. Lucyferaza działa na cząsteczkę zwaną lucyferyną, która może sprawić, że lucyferyna będzie emitować światło. Inna cząsteczka zwana koenzymem A (koenzym A) może pomóc w osiągnięciu procesu luminescencji poprzez usunięcie produktów ubocznych reakcji, które mogą hamować aktywność lucyferazy.
Zespół badawczy umieścił te trzy składniki w różnych typach nośników nanocząstek. Wszystkie te nanocząsteczki są wykonane z materiałów, które amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków klasyfikuje jako "ogólnie uważane za bezpieczne", aby pomóc każdemu składnikowi dotrzeć do właściwej części rośliny. Nanocząstki mogą również zapobiegać osiąganiu przez te składniki stężeń, które mogą wytwarzać toksyny dla roślin.
Naukowcy wykorzystali nanocząsteczki krzemionki o średnicy około 10 nanometrów do przenoszenia lucyferazy, a następnie użyli nieco większych polimerów PLGA (polimery PLGA) i cząstek chitozanu (chitozan) do przenoszenia odpowiednio lucyferyny i koenzymów. A. Aby umożliwić tym cząstkom dostanie się do liści roślin, naukowcy najpierw zawiesili te cząstki w roztworze, a następnie namoczyli rośliny w roztworze, a następnie wystawili je na wysokie ciśnienie, aby cząstki te dostały się do liści przez małe pory (szparki).
Cząstki uwalniające lucyferynę i koenzym A gromadzą się w przestrzeni pozakomórkowej mezofilu (czyli wewnętrznej warstwy liścia), podczas gdy małe cząstki przenoszące lucyferazę dostają się do komórek tworzących mezofill. Po tym, jak cząstki PLGA stopniowo uwalniają lucyferynę, lucyferyna wchodzi do komórki roślinnej, a lucyferaza reaguje chemicznie w komórce, aby lucyferyna emitowała światło.
Początkowo roślina wykonana przez zespół badawczy świeciła przez około 45 minut. Po poprawie czas świecenia zwiększono do 3,5 godziny. Chociaż sadzonka rukiew wodna o długości 10 cm wytwarza jedną tysięczną ilości światła obecnie wymaganej do odczytu, naukowcy uważają, że poprzez dalszą optymalizację stężenia i szybkości uwalniania każdego składnika, ilość światła można zwiększyć, a czas emisji światła można wydłużyć.
Wcześniej produkcja roślin emitujących światło opierała się na roślinach modyfikowanych genetycznie, ale był to kłopotliwy proces, a emitowane światło było bardzo słabe. Co więcej, wszystkie te badania są przeprowadzane na tytoniu i Arabidopsis thaliana, które są często wykorzystywane w badaniach genetycznych roślin. Jednak metodę opracowaną przez zespół badawczy MIT można zastosować do każdego rodzaju rośliny. Obecnie, oprócz rukiew wodna, udowodnili to z rukolą, jarmużem i szpinakiem.
W przyszłości MIT ma nadzieję opracować metodę powlekania lub rozpylania nanocząstek na liściach roślin, aby przekształcić drzewa i inne duże rośliny w źródła światła.
Strano stwierdził, że zamierzają przeprowadzić obróbkę techniczną, gdy roślina jest sadzonką lub dojrzałą rośliną, i sprawić, by nadal odgrywała rolę w całym cyklu życia rośliny.
Zespół badawczy zademonstrował również dodanie nanocząstek przenoszących inhibitory fluoresceiny w celu wyłączenia źródła światła, co pomogło im stworzyć rośliny, które mogą wyłączyć źródło światła w zależności od zmian warunków środowiskowych (takich jak światło słoneczne).
Poinformowano, że badania otrzymały wsparcie finansowe od Departamentu Energii USA.
