Представете си, че когато е тъмно, можете да прочетете чрез светещите растения на бюрото си, вместо да включите светлина. Що за опит е това?
Инженерите на Масачузетския технологичен институт (MIT) са направили критична първа стъпка в процеса на реализиране на тази визия. Инженерите имплантирали специални наночастици в листата на креслото, което предизвикало креслото да свети близо четири часа. Те вярват, че чрез по-нататъшна оптимизация това светещо растение един ден ще бъде достатъчно, за да освети работно пространство.
Майкъл Страно, професор по химическо инженерство в MIT и старшият автор на изследването, заяви, че идеята им е да се създаде растение, което може да се използва като лампа на бюрото — не е необходимо захранването да се включва, а източникът на светлина в крайна сметка идва от самата култура. Енергиен метаболизъм.
Изследователят каза, че тази технология може да се използва и за осигуряване на вътрешно осветление с ниска интензивност, или за превръщане на дърветата в самоснабдяващи се светлини на веригата.
Страно каза, че осветлението представлява около 20% от световното потребление на енергия, а растенията могат да се ремонтират, да имат собствена енергия и са се адаптирали към външната среда. Вярват, че времето е узрели.
Ново изследователска област, създадена от лабораторията в Страно, се нарича Plant nanobionics, която има за цел да придаде нови характеристики на растенията чрез имплантиране на различни видове наночастици в растенията. Целта на екипа е да трансформира централите, за да замени много от функциите, предоставени от електрически инсталации. Преди това изследователите са проектирали растения, които могат да откриват експлозиви и да предават информация на смартфони, както и растения, които могат да наблюдават условията на суша.
Съобщава се, че луциферазата е ензим, който кара светулките да светят. За да се направят светлинно излъчващи растения, екипът на MIT се обърна към този ензим. Луцифераза действа върху молекула, наречена луциферин, която може да направи луциферин излъчва светлина. Друга молекула, наречена ко-ензим А (съ-ензим А) може да помогне за постигане на процеса на луминесценция чрез премахване на нежеланите продукти на реакцията, които могат да инхибират активността на луцифераза.
Изследователският екип опакова тези три компонента в различни видове носители на наночастици. Тези наночастици всички са изработени от материали, които Американската администрация по храните и лекарствата класифицира като "обикновено считани за безопасни", за да помогне на всяка съставка да достигне дясната част на растението. Наночастиците също могат да попречат на тези компоненти да достигнат концентрации, които могат да произвеждат токсини към растенията.
Изследователите са използвали силициеви наночастици с диаметър около 10 нанометра, за да носят луцифераза, а след това са използвали малко по-големи полимери PLGA (полимери PLGA) и хитозан частици (хитозан) да носят луциферин и коензими, съответно. Една. За да позволят на тези частици да влязат в растителни листа, изследователите първо са суспендирали тези частици в разтвор, след което са напоени растенията в разтвора, а след това са ги изложили на високо налягане, за да накарат тези частици да влязат в листата чрез мънички пори (стомата).
Частиците, които освобождават луциферин и коензим А, се натрупват в извънклетъчното пространство на мезофила (т.е. вътрешния слой на листото), докато малките частици, носещи луцифераза, влизат в клетките, които съставляват мезофила. След като частиците PLGA постепенно освобождават луциферин, луциферинът влиза в растителната клетка и луциферазата химически реагира в клетката, за да направи луциферинът излъчва светлина.
Първоначално растението, направено от изследователския екип, свете за около 45 минути. След подобрение времето за светене е увеличено до 3,5 часа. Въпреки че 10 см разсад от кресън произвежда една хилядна от количеството светлина, което понастоящем се изисква за четене, изследователите смятат, че чрез допълнително оптимизиране на концентрацията и скоростта на освобождаване на всеки компонент, количеството светлина може да бъде увеличено и времето за излъчване на светлина може да бъде удължено.
Преди това производството на светлинно-излъчващи растения разчиташе на генетично инженерни растения, но това беше обезпокоителен процес и излъчваната светлина беше много слаба. Освен това, тези изследвания всички се извършват на тютюн и Arabidopsis талиана, които често се използват в растителни генетични изследвания. Въпреки това, методът, разработен от изследователския екип на MIT, може да бъде приложен към всеки вид растение. Понастоящем, в допълнение към крепеж, те са доказали това с рукола, кале и спанак.
В бъдеще MIT се надява да разработи метод за палто или пръскане на наночастици върху растителни листа, за да превърне дърветата и други големи растения в източници на светлина.
Страно заяви, че възнамеряват да извършат техническа обработка, когато растението е разсад или зряло растение, и да го накарат да продължи да играе роля през целия жизнен цикъл на растението.
Изследователският екип също демонстрира добавянето на наночастици, носещи инхибитори на флуоресцеин, за да изключат източника на светлина, което им помогна да създадат растения, които могат да изключат източника на светлина според промените в условията на околната среда (като слънчева светлина).
Съобщава се, че изследванията са получили финансова подкрепа от Министерството на енергетиката на САЩ.
