Tenk deg at når det er mørkt, kan du lese gjennom de glødende plantene på skrivebordet ditt i stedet for å slå på et lys. Hva slags opplevelse er dette?
Massachusetts Institute of Technology (MIT) ingeniører har tatt et kritisk første skritt i prosessen med å realisere denne visjonen. Ingeniører implanterte spesielle nanopartikler i bladene til brønnkarse, noe som fikk brønnkarsen til å gløde i nesten fire timer. De tror at gjennom ytterligere optimalisering vil dette lysende anlegget en dag være nok til å lyse opp en arbeidsplass.
Michael Strano, professor i kjemiteknikk ved MIT og seniorforfatter av studien, sa at ideen deres er å lage et anlegg som kan brukes som en skrivebordslampe - strømmen trenger ikke å slås på, og lyskilden kommer til syvende og sist fra selve avlingen. Energimetabolisme.
Forskeren sa at denne teknologien også kan brukes til å gi lav-intensitet innendørs belysning, eller for å gjøre trær om til selvforsynte kretslys.
Strano sa at belysning står for omtrent 20 % av det globale energiforbruket, og planter kan reparere seg selv, ha sin egen energi og tilpasset seg det ytre miljøet. De tror at tiden er moden.
Et nytt forskningsfelt opprettet av Strano-laboratoriet heter Plant nanobionics, som har som mål å gi planter nye egenskaper ved å implantere forskjellige typer nanopartikler i planter. Teamets's mål er å transformere anlegg for å erstatte mange av funksjonene som leveres av elektriske installasjoner. Tidligere har forskere designet planter som kan oppdage eksplosiver og overføre informasjon til smarttelefoner, samt planter som kan overvåke tørkeforhold.
Det er rapportert at luciferase er et enzym som får ildfluer til å gløde. For å lage lysavgivende planter, vendte MIT-teamet seg til dette enzymet. Luciferase virker på et molekyl kalt luciferin, som kan få luciferin til å avgi lys. Et annet molekyl kalt koenzym A (koenzym A) kan bidra til å oppnå prosessen med luminescens ved å fjerne biproduktene fra reaksjonen som kan hemme aktiviteten til luciferase.
Forskerteamet pakket disse tre komponentene i forskjellige typer nanopartikkelbærere. Disse nanopartikler er alle laget av materialer som US Food and Drug Administration klassifiserer som"generelt ansett som trygge" for å hjelpe hver ingrediens med å nå riktig del av planten. Nanopartikler kan også hindre disse komponentene i å nå konsentrasjoner som kan produsere giftstoffer til planter.
Forskerne brukte silika-nanopartikler med en diameter på rundt 10 nanometer for å bære luciferase, og brukte deretter litt større polymerer PLGA (polymerer PLGA) og kitosan-partikler (kitosan) for å bære henholdsvis luciferin og koenzymer. A. For å la disse partiklene komme inn i planteblader, suspenderte forskerne først disse partiklene i en løsning, deretter dynket plantene i løsningen, og deretter utsatte dem for høyt trykk for å få disse partiklene til å gå inn i bladene gjennom små porer (stomata). ).
Partiklene som frigjør luciferin og koenzym A akkumuleres i det ekstracellulære rommet i mesofyllet (det vil si det indre laget av bladet), mens de små partiklene som bærer luciferase kommer inn i cellene som utgjør mesofyllet. Etter at PLGA-partiklene gradvis frigjør luciferin, kommer luciferinet inn i plantecellen, og luciferasen reagerer kjemisk i cellen for å få luciferinet til å sende ut lys.
Opprinnelig glødet planten laget av forskerteamet i omtrent 45 minutter. Etter bedring ble glødetiden økt til 3,5 timer. Selv om en 10 cm brønnkarsefrøplante produserer en tusendel av mengden lys som for øyeblikket kreves for lesing, mener forskerne at ved å optimalisere konsentrasjonen og frigjøringshastigheten til hver komponent ytterligere, kan lysmengden økes og lysemitteringstiden kan bli forlenget.
Tidligere var produksjonen av lysemitterende planter avhengig av genmanipulerte planter, men dette var en plagsom prosess og lyset som ble sendt ut var svært svakt. Dessuten er disse studiene alle utført på tobakk og Arabidopsis thaliana, som ofte brukes i plantegenetisk forskning. Metoden utviklet av MIT-forskningsteamet kan imidlertid brukes på alle typer planter. For tiden har de i tillegg til brønnkarse bevist dette med ruccola, grønnkål og spinat.
I fremtiden håper MIT å utvikle en metode for å belegge eller sprøyte nanopartikler på planteblader for å gjøre trær og andre store planter til lyskilder.
Strano uttalte at de har til hensikt å utføre en teknisk behandling når planten er en frøplante eller moden plante, og få den til å fortsette å spille en rolle gjennom plantens's livssyklus.
Forskerteamet demonstrerte også tilsetning av nanopartikler som bærer fluorescein-hemmere for å slå av lyskilden, noe som hjalp dem med å lage planter som kan slå av lyskilden i henhold til endringer i miljøforhold (som sollys).
Det er rapportert at forskningen har mottatt økonomisk støtte fra det amerikanske energidepartementet.
