Föreställ dig att när det är mörkt kan du läsa igenom de glödande växterna på ditt skrivbord istället för att tända ett ljus. Vad är det här för erfarenhet?
Massachusetts Institute of Technology (MIT) ingenjörer har tagit ett kritiskt första steg i processen att förverkliga denna vision. Ingenjörer implanterade speciella nanopartiklar i bladen av vattenkrasse, vilket fick vattenkrassen att glöda i nästan fyra timmar. De tror att genom ytterligare optimering kommer denna lysande anläggning en dag att räcka för att belysa ett arbetsutrymme.
Michael Strano, professor i kemiteknik vid MIT och senior författare till studien, sa att deras idé är att skapa en anläggning som kan användas som skrivbordslampa - kraften behöver inte slås på, och ljuskällan kommer i slutändan från själva grödan. Energimetabolism.
Forskaren sa att denna teknik också kan användas för att tillhandahålla lågintensiv inomhusbelysning, eller för att förvandla träd till självförsörjda kretslampor.
Strano sade att belysning står för cirka 20% av den globala energiförbrukningen, och anläggningar kan reparera sig själva, ha sin egen energi och har anpassat sig till den yttre miljön. De tror att tiden är mogen.
Ett nytt forskningsfält skapat av Stranolaboratoriet kallas växtnanobionik, som syftar till att ge nya egenskaper till växter genom att implantera olika typer av nanopartiklar i växter. Teamets mål är att omvandla anläggningar för att ersätta många av de funktioner som tillhandahålls av elinstallationer. Tidigare har forskare designat växter som kan upptäcka sprängämnen och överföra information till smartphones, liksom växter som kan övervaka torka.
Det rapporteras att luciferas är ett enzym som får eldflugor att glöda. För att göra ljusemitterande växter vände sig MIT-teamet till detta enzym. Luciferas verkar på en molekyl som kallas luciferin, vilket kan få luciferin att avge ljus. En annan molekyl som kallas co-enzym A (co-enzym A) kan hjälpa till att uppnå luminiscensprocessen genom att ta bort biprodukterna från reaktionen som kan hämma luciferas aktivitet.
Forskargruppen förpackade dessa tre komponenter i olika typer av nanopartikelbärare. Dessa nanopartiklar är alla gjorda av material som U.S. Food and Drug Administration klassificerar som "allmänt anses säkra" för att hjälpa varje ingrediens att nå rätt del av växten. Nanopartiklar kan också hindra dessa komponenter från att nå koncentrationer som kan producera toxiner till växter.
Forskarna använde kiseldioxidnanopartiklar med en diameter på cirka 10 nanometer för att bära luciferas, och använde sedan något större polymerer PLGA (polymerer PLGA) och chitosanpartiklar (chitosan) för att bära luciferin respektive koenzymer. A. För att dessa partiklar skulle kunna komma in i växtbladen suspenderade forskarna först dessa partiklar i en lösning, blötte sedan växterna i lösningen och utsatte dem sedan för högt tryck för att få dessa partiklar att komma in i bladen genom små porer (stomata).
Partiklarna som frigör luciferin och koenzym A ackumuleras i mesofyllets extracellulära utrymme (det vill säga bladets inre lager), medan de små partiklarna som bär luciferas kommer in i cellerna som utgör mesofyllet. Efter plgapartiklarna gradvis släppa luciferin, luciferin kommer in i växtcellen, och luciferas reagerar kemiskt i cellen för att få luciferin att avge ljus.
Ursprungligen glödde växten som gjordes av forskargruppen i cirka 45 minuter. Efter förbättring ökade glödtiden till 3,5 timmar. Även om en 10 cm vattenkrasseplanta producerar en tusendel av den mängd ljus som för närvarande krävs för avläsning, tror forskarna att genom att ytterligare optimera koncentrationen och frisättningshastigheten för varje komponent kan mängden ljus ökas och den ljusemitterande tiden kan förlängas.
Tidigare förlitade sig produktionen av ljusemitterande växter på genetiskt modifierade växter, men detta var en besvärlig process och ljuset som avgavs var mycket svagt. Dessutom utförs alla dessa studier på tobak och arabidopsis thaliana, som ofta används i växtgenetisk forskning. Den metod som utvecklats av MIT:s forskargrupp kan dock tillämpas på alla typer av anläggningar. För närvarande, förutom vattenkrasse, har de bevisat detta med ruccola, grönkål och spenat.
I framtiden hoppas MIT kunna utveckla en metod för att belägga eller spruta nanopartiklar på växtblad för att förvandla träd och andra stora växter till ljuskällor.
Strano uppgav att de avser att utföra en teknisk behandling när anläggningen är en planta eller mogen växt, och få den att fortsätta att spela en roll under hela växtens livscykel.
Forskargruppen demonstrerade också tillsats av nanopartiklar som bär fluoresceinhämmare för att stänga av ljuskällan, vilket hjälpte dem att skapa växter som kan stänga av ljuskällan enligt förändringar i miljöförhållandena (såsom solljus).
Det rapporteras att forskningen har fått ekonomiskt stöd från det amerikanska energidepartementet.
