Φανταστείτε ότι όταν είναι σκοτάδι, μπορείτε να διαβάσετε τα λαμπερά φυτά στο γραφείο σας αντί να ανάψετε ένα φως. Τι είδους εμπειρία είναι αυτή;
Οι μηχανικοί του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) έκαναν ένα κρίσιμο πρώτο βήμα στη διαδικασία υλοποίησης αυτού του οράματος. Οι μηχανικοί εμφύτευσαν ειδικά νανοσωματίδια στα φύλλα του κάρδαμου, τα οποία έκαναν το κάρδαμο να λάμψει για σχεδόν τέσσερις ώρες. Πιστεύουν ότι μέσω περαιτέρω βελτιστοποίησης, αυτό το φωτεινό εργοστάσιο μια μέρα θα είναι αρκετό για να φωτίσει έναν χώρο εργασίας.
Ο Michael Strano, καθηγητής χημικής μηχανικής στο MIT και ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, είπε ότι η ιδέα τους είναι να δημιουργήσουν ένα εργοστάσιο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επιτραπέζιο φωτιστικό—η τροφοδοσία δεν χρειάζεται να ανάψει και η πηγή φωτός προέρχεται τελικά από την ίδια την καλλιέργεια. Ενεργειακός Μεταβολισμός.
Ο ερευνητής είπε ότι αυτή η τεχνολογία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παροχή φωτισμού εσωτερικών χώρων χαμηλής έντασης ή για τη μετατροπή των δέντρων σε αυτοτροφοδοτούμενα φώτα κυκλώματος.
Ο Στράνο είπε ότι ο φωτισμός αντιπροσωπεύει περίπου το 20% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας και τα φυτά μπορούν να επισκευαστούν μόνα τους, να έχουν τη δική τους ενέργεια και να έχουν προσαρμοστεί στο εξωτερικό περιβάλλον. Πιστεύουν ότι η ώρα είναι ώριμη.
Ένα νέο ερευνητικό πεδίο που δημιουργήθηκε από το εργαστήριο Strano ονομάζεται Plant nanobionics, το οποίο στοχεύει να προσδώσει νέα χαρακτηριστικά στα φυτά εμφυτεύοντας διαφορετικούς τύπους νανοσωματιδίων στα φυτά. Στόχος της ομάδας' είναι να μεταμορφώσει εγκαταστάσεις για να αντικαταστήσει πολλές από τις λειτουργίες που παρέχονται από ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Παλαιότερα, οι ερευνητές είχαν σχεδιάσει φυτά που μπορούν να ανιχνεύουν εκρηκτικά και να μεταδίδουν πληροφορίες σε smartphone, καθώς και φυτά που μπορούν να παρακολουθούν τις συνθήκες ξηρασίας.
Αναφέρεται ότι η λουσιφεράση είναι ένα ένζυμο που κάνει τις πυγολαμπίδες να λάμπουν. Για να φτιάξει φυτά που εκπέμπουν φως, η ομάδα του MIT στράφηκε σε αυτό το ένζυμο. Η λουσιφεράση δρα σε ένα μόριο που ονομάζεται λουσιφερίνη, το οποίο μπορεί να κάνει τη λουσιφερίνη να εκπέμπει φως. Ένα άλλο μόριο που ονομάζεται συνένζυμο Α (συνένζυμο Α) μπορεί να βοηθήσει στην επίτευξη της διαδικασίας φωταύγειας αφαιρώντας τα παραπροϊόντα της αντίδρασης που μπορούν να αναστείλουν τη δραστηριότητα της λουσιφεράσης.
Η ερευνητική ομάδα συσκεύασε αυτά τα τρία συστατικά σε διαφορετικούς τύπους φορέων νανοσωματιδίων. Αυτά τα νανοσωματίδια είναι όλα κατασκευασμένα από υλικά που η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ ταξινομεί ως"γενικά θεωρούνται ασφαλή" για να βοηθήσει κάθε συστατικό να φτάσει στο σωστό μέρος του φυτού. Τα νανοσωματίδια μπορούν επίσης να εμποδίσουν αυτά τα συστατικά να φτάσουν σε συγκεντρώσεις που μπορεί να παράγουν τοξίνες στα φυτά.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν νανοσωματίδια πυριτίου με διάμετρο περίπου 10 νανόμετρα για τη μεταφορά της λουσιφεράσης και στη συνέχεια χρησιμοποίησαν ελαφρώς μεγαλύτερα πολυμερή PLGA (πολυμερή PLGA) και σωματίδια χιτοζάνης (χιτοζάνη) για να μεταφέρουν λουσιφερίνη και συνένζυμα, αντίστοιχα. Α. Προκειμένου να επιτραπεί σε αυτά τα σωματίδια να εισέλθουν στα φύλλα των φυτών, οι ερευνητές πρώτα εναιώρησαν αυτά τα σωματίδια σε ένα διάλυμα, στη συνέχεια μούλιασαν τα φυτά στο διάλυμα και στη συνέχεια τα εξέθεσαν σε υψηλή πίεση για να κάνουν αυτά τα σωματίδια να εισέλθουν στα φύλλα μέσω μικροσκοπικών πόρων (στομάτα ).
Τα σωματίδια που απελευθερώνουν τη λουσιφερίνη και το συνένζυμο Α συσσωρεύονται στον εξωκυτταρικό χώρο της μεσόφυλλης (δηλαδή στο εσωτερικό στρώμα του φύλλου), ενώ τα μικρά σωματίδια που φέρουν τη λουσιφεράση εισέρχονται στα κύτταρα που αποτελούν τη μεσόφυλλη. Αφού τα σωματίδια PLGA απελευθερώσουν σταδιακά τη λουσιφερίνη, η λουσιφερίνη εισέρχεται στο φυτικό κύτταρο και η λουσιφεράση αντιδρά χημικά στο κύτταρο για να κάνει τη λουσιφερίνη να εκπέμπει φως.
Αρχικά, το φυτό που κατασκεύασε η ερευνητική ομάδα έλαμψε για περίπου 45 λεπτά. Μετά τη βελτίωση, ο χρόνος λάμψης αυξήθηκε σε 3,5 ώρες. Αν και ένα δενδρύλλιο κάρδαμου 10 cm παράγει το ένα χιλιοστό της ποσότητας φωτός που απαιτείται σήμερα για ανάγνωση, οι ερευνητές πιστεύουν ότι βελτιστοποιώντας περαιτέρω τη συγκέντρωση και τον ρυθμό απελευθέρωσης κάθε συστατικού, η ποσότητα του φωτός μπορεί να αυξηθεί και ο χρόνος εκπομπής φωτός μπορεί να παραταθεί.
Προηγουμένως, η παραγωγή φυτών που εκπέμπουν φως στηριζόταν σε φυτά γενετικά τροποποιημένα, αλλά αυτή ήταν μια ενοχλητική διαδικασία και το φως που εκπέμπονταν ήταν πολύ αδύναμο. Επιπλέον, όλες αυτές οι μελέτες πραγματοποιούνται στον καπνό και στο Arabidopsis thaliana, τα οποία χρησιμοποιούνται συχνά στη γενετική έρευνα των φυτών. Ωστόσο, η μέθοδος που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα του MIT μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε είδος φυτού. Προς το παρόν, εκτός από κάρδαμο, το έχουν αποδείξει με ρόκα, λάχανο και σπανάκι.
Στο μέλλον, το MIT ελπίζει να αναπτύξει μια μέθοδο επικάλυψης ή ψεκασμού νανοσωματιδίων σε φύλλα φυτών για να μετατρέψει τα δέντρα και άλλα μεγάλα φυτά σε πηγές φωτός.
Ο Strano δήλωσε ότι σκοπεύουν να εκτελέσουν μια τεχνική επεξεργασία όταν το φυτό είναι φυτό ή ώριμο φυτό και να συνεχίσει να παίζει ρόλο σε όλο τον κύκλο ζωής του φυτού'
Η ερευνητική ομάδα έδειξε επίσης την προσθήκη νανοσωματιδίων που φέρουν αναστολείς φλουορεσκεΐνης για να απενεργοποιήσουν την πηγή φωτός, κάτι που τους βοήθησε να δημιουργήσουν φυτά που μπορούν να απενεργοποιήσουν την πηγή φωτός ανάλογα με τις αλλαγές στις περιβαλλοντικές συνθήκες (όπως το ηλιακό φως).
Αναφέρεται ότι η έρευνα έχει λάβει οικονομική υποστήριξη από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ.
