Įsivaizduokite, kad kai tamsu, užuot įjungę šviesą, galite skaityti ant stalo žėrinčius augalus. Kokia tai patirtis?
Masačusetso technologijos instituto (MIT) inžinieriai žengė svarbų pirmąjį žingsnį įgyvendindami šią viziją. Inžinieriai į rėžiukų lapus implantavo specialias nanodaleles, kurios privertė rėžiukus švytėti beveik keturias valandas. Jie tiki, kad tolesnio optimizavimo dėka šio šviečiančio augalo vieną dieną pakaks apšviesti darbo erdvę.
Michaelas Strano, MIT chemijos inžinerijos profesorius ir vyresnysis tyrimo autorius, teigė, kad jų idėja yra sukurti gamyklą, kurią būtų galima naudoti kaip stalinę lempą – maitinimo nereikia įjungti, o šviesos šaltinio. galiausiai gaunama iš paties derliaus. Energijos metabolizmas.
Tyrėjas teigė, kad ši technologija taip pat gali būti naudojama norint užtikrinti mažo intensyvumo patalpų apšvietimą arba paversti medžius į savarankiškai tiekiamus grandinės šviestuvus.
Strano teigė, kad apšvietimui tenka apie 20% viso pasaulio energijos suvartojimo, o augalai gali patys susitvarkyti, turėti savo energiją ir prisitaikyti prie išorinės aplinkos. Jie tiki, kad laikas atėjo.
Nauja Strano laboratorijos sukurta tyrimų sritis vadinasi Augalų nanobionika, kuria siekiama suteikti augalams naujų savybių, į augalus implantuojant įvairių tipų nanodaleles. Komandos' tikslas – transformuoti gamyklas taip, kad jos pakeistų daugelį elektros instaliacijos teikiamų funkcijų. Anksčiau mokslininkai sukūrė įrenginius, galinčius aptikti sprogmenis ir perduoti informaciją į išmaniuosius telefonus, taip pat augalus, galinčius stebėti sausros sąlygas.
Pranešama, kad luciferazė yra fermentas, dėl kurio ugniažolės švyti. Siekdama gaminti šviesą skleidžiančius augalus, MIT komanda kreipėsi į šį fermentą. Liuciferazė veikia molekulę, vadinamą luciferinu, kuri gali priversti liuciferiną skleisti šviesą. Kita molekulė, vadinama kofermentu A (kofermentu A), gali padėti pasiekti liuminescencijos procesą, pašalindama šalutinius reakcijos produktus, kurie gali slopinti luciferazės aktyvumą.
Mokslininkų grupė šiuos tris komponentus supakavo į skirtingų tipų nanodalelių nešiklius. Visos šios nanodalelės yra pagamintos iš medžiagų, kurias JAV Maisto ir vaistų administracija priskiria" paprastai laikomos saugiomis" kad kiekvienas ingredientas pasiektų reikiamą augalo dalį. Nanodalelės taip pat gali užkirsti kelią šiems komponentams pasiekti tokią koncentraciją, kuri gali gaminti toksinus augalams.
Tyrėjai naudojo apie 10 nanometrų skersmens silicio dioksido nanodaleles, kad perneštų luciferazę, o vėliau naudojo šiek tiek didesnius polimerus PLGA (polimerai PLGA) ir chitozano daleles (chitozaną), kad perneštų atitinkamai liuciferiną ir kofermentus. A. Kad šios dalelės patektų į augalų lapus, tyrėjai iš pradžių šias daleles suspendavo tirpale, tada pamerkė augalus į tirpalą ir paveikė juos aukštu slėgiu, kad šios dalelės patektų į lapus per mažas poras (stomatas). ).
Dalelės, išskiriančios liuciferiną ir kofermentą A, kaupiasi tarpląstelinėje mezofilo erdvėje (tai yra vidiniame lapo sluoksnyje), o mažos dalelės, pernešančios luciferazę, patenka į ląsteles, kurios sudaro mezofilą. Po to, kai PLGA dalelės palaipsniui išskiria liuciferiną, liuciferinas patenka į augalo ląstelę, o luciferazė ląstelėje chemiškai reaguoja, kad liuciferinas skleistų šviesą.
Iš pradžių tyrėjų komandos pagamintas augalas švytėjo apie 45 minutes. Po pagerėjimo švytėjimo laikas buvo padidintas iki 3,5 valandos. Nors 10 cm rėžiukų daigai sukuria tūkstantąją šiuo metu skaitymui reikalingos šviesos kiekio, mokslininkai mano, kad toliau optimizuojant kiekvieno komponento koncentraciją ir išsiskyrimo greitį, galima padidinti šviesos kiekį ir šviesos skleidimo laiką. būti pratęstas.
Anksčiau šviesą skleidžiančių augalų gamyba rėmėsi genetiškai modifikuotais augalais, tačiau tai buvo varginantis procesas, o skleidžiama šviesa buvo labai silpna. Be to, visi šie tyrimai atliekami su tabaku ir Arabidopsis thaliana, kurie dažnai naudojami augalų genetiniams tyrimams. Tačiau MIT tyrimų grupės sukurtas metodas gali būti pritaikytas bet kokio tipo augalams. Šiuo metu, be rėžiukų, jie tai įrodė su rukola, lapiniais kopūstais ir špinatais.
Ateityje MIT tikisi sukurti metodą, kaip padengti arba purkšti nanodaleles ant augalų lapų, kad medžiai ir kiti dideli augalai taptų šviesos šaltiniais.
Strano teigė, kad jie ketina atlikti techninį apdorojimą, kai augalas yra daigas arba subrendęs augalas, ir priversti jį toliau atlikti savo vaidmenį per visą augalo' gyvavimo ciklą.
Mokslininkų grupė taip pat pademonstravo, kad šviesos šaltiniui išjungti buvo pridėtos nanodalelės, turinčios fluoresceino inhibitorių, o tai padėjo jiems sukurti augalus, kurie gali išjungti šviesos šaltinį, atsižvelgiant į aplinkos sąlygų pokyčius (pvz., saulės šviesą).
Pranešama, kad tyrimams finansinę paramą suteikė JAV Energetikos departamentas.
