Predstavte si, že keď je tma, môžete si prečítať žiariace rastliny na stole namiesto zapnutia svetla. Čo je to za skúsenosť?
Inžinieri Massachusettského technologického inštitútu (MIT) urobili kritický prvý krok v procese realizácie tejto vízie. Inžinieri implantovali špeciálne nanočastice do listov žeruchy, čo viedlo žeruchu k žiari takmer štyri hodiny. Veria, že prostredníctvom ďalšej optimalizácie bude táto svetelná rastlina jedného dňa stačiť na osvetlenie pracovného priestoru.
Michael Strano, profesor chemického inžinierstva na MIT a hlavný autor štúdie, povedal, že ich myšlienkou je vytvoriť závod, ktorý môže byť použitý ako stolná lampa - výkon nemusí byť zapnutý a svetelný zdroj nakoniec pochádza zo samotnej plodiny. Energetický metabolizmus.
Výskumník povedal, že táto technológia môže byť tiež použitá na zabezpečenie osvetlenia v interiéri s nízkou intenzitou alebo na premenu stromov na samoobsluhodné obvodové svetlá.
Strano povedal, že osvetlenie predstavuje približne 20% celosvetovej spotreby energie a elektrárne sa môžu opraviť, mať vlastnú energiu a prispôsobiť sa vonkajšiemu prostrediu. Veria, že čas je zrelý.
Nová výskumná oblasť vytvorená laboratóriom Strano sa nazýva rastlinná nanobionics, ktorej cieľom je dodávať rastlinám nové vlastnosti implantáciou rôznych typov nanočastíc do rastlín. Cieľom tímu je transformovať elektrárne tak, aby nahradili mnohé funkcie poskytované elektrickými inštaláciami. Predtým vedci navrhli rastliny, ktoré dokážu detegovať výbušniny a prenášať informácie do smartfónov, ako aj do rastlín, ktoré dokážu monitorovať podmienky sucha.
Hovorí sa, že luciferáza je enzým, ktorý spôsobuje, že svetlice žiaria. Aby sa vytvorili rastliny vyžarujúce svetlo, tím MIT sa obrátil na tento enzým. Luciferáza pôsobí na molekulu nazývanú luciferín, ktorá môže spôsobiť, že luciferín vyžaruje svetlo. Ďalšia molekula nazývaná koenzým A (koenzým A) môže pomôcť dosiahnuť proces luminiscencie odstránením vedľajších produktov reakcie, ktoré môžu inhibovať aktivitu luciferázy.
Výskumný tím zabalil tieto tri zložky do rôznych typov nosičov nanočastíc. Všetky tieto nanočastice sú vyrobené z materiálov, ktoré Americký Úrad pre potraviny a liečivá klasifikuje ako "všeobecne považované za bezpečné", aby pomohol každej zložke dostať sa do správnej časti rastliny. Nanočastice môžu tiež zabrániť tomu, aby tieto zložky dosiahli koncentrácie, ktoré môžu produkovať toxíny v rastlinách.
Výskumníci použili nanočastice oxidu kremičitého s priemerom asi 10 nanometrov na prenos luciferázy a potom použili o niečo väčšie polyméry PLGA (polyméry PLGA) a chitosan častice (chitosan) na prenos luciferínu a koenzýmov. A. Aby sa tieto častice mohli dostať do listov rastlín, výskumníci najprv pozastavili tieto častice v roztoku, potom namočili rastliny do roztoku a potom ich vystavili vysokému tlaku, aby tieto častice vstúpili do listov cez malé póry (stomata).
Častice, ktoré uvoľňujú luciferín a koenzým A, sa hromadia v extracelulárnej oblasti mezofylu (to znamená vnútornej vrstvy listu), zatiaľ čo malé častice nesúce luciferázu vstupujú do buniek, ktoré tvoria mezofyl. Potom, čo častice PLGA postupne uvoľňujú luciferín, luciferín vstupuje do rastlinnej bunky a luciferáza chemicky reaguje v bunke, aby luciferín emitovalo svetlo.
Spočiatku rastlina vyrobená výskumným tímom žiarila asi 45 minút. Po zlepšení sa čas žiary zvýšil na 3,5 hodiny. Hoci 10 cm sadenice žeruchy produkujú jednu tisícru množstva svetla, ktoré je v súčasnosti potrebné na čítanie, vedci sa domnievajú, že ďalšou optimalizáciou koncentrácie a rýchlosti uvoľňovania každej zložky sa množstvo svetla môže zvýšiť a čas vyžarovania svetla sa môže predĺžiť.
Predtým sa výroba zariadení vyžarujúcich svetlo spoliehala na geneticky upravené rastliny, ale bol to nepríjemný proces a vyžarované svetlo bolo veľmi slabé. Okrem toho sa všetky tieto štúdie vykonávajú na tabaku a Arabidopsis thaliana, ktoré sa často používajú v rastlinnom genetickom výskume. Metóda vyvinutá výskumným tímom MIT však môže byť aplikovaná na akýkoľvek typ rastliny. V súčasnosti to okrem žeruchy dokázali aj rukolou, kelom a špenátom.
V budúcnosti MIT dúfa, že vyvinie metódu na natieranie alebo striekanie nanočastíc na listoch rastlín, aby sa stromy a iné veľké rastliny premenili na svetelné zdroje.
Strano uviedol, že majú v úmysle vykonať technickú úpravu, keď je rastlina sadenicou alebo zrelou rastlinou, a aby naďalej zohrávala úlohu počas celého životného cyklu rastliny.
Výskumný tím tiež demonštroval pridanie nanočastíc nesúcich inhibítory fluoresceínu na vypnutie zdroja svetla, čo im pomohlo vytvoriť rastliny, ktoré môžu vypnúť zdroj svetla podľa zmien podmienok prostredia (ako je slnečné svetlo).
Výskum získal finančnú podporu od amerického ministerstva energetiky.
