Представьте себе, что вместо включения лампы, когда становится темно, вы можете почитать книгу от света светящегося растения на вашем столе.
Инженеры MIT сделали первый шаг к тому, чтобы сделать это видение реальностью. Встраивая специализированные наночастицы в листья растения кресс-салата, они заставляли растения выделять тусклый свет почти в течение четырёх часов. Учёные полагают, что при дальнейшей оптимизации такие растения однажды станут достаточно яркими, чтобы освещать не только рабочее пространство, но и улицы.
Нанобионические растения— это новая область исследований, впервые созданная лабораторией MIT. Она направлена на то, чтобы придать растениям новые качества, внедряя их в различные типы наночастиц. Цель группы состоит в том, чтобы спроектировать растения для выполнения многих функций, выполняемых в настоящее время электрическими устройствами. Исследователи предварительно разработали растения, которые могут обнаруживать взрывчатые вещества и передавать эту информацию на смартфон, а также растения, которые могут контролировать количество влаги в почве.
Освещение, на которое приходится около 20 процентов мирового потребления электроэнергии, оказалось логичной следующей целью. Растения могут восстанавливаться, у них есть собственная энергия, и они уже адаптированы к окружающей среде. Учёные считают, что это идея, время которой пришло. Это просто идеальная задача для нанобионики .
Чтобы создать свои светящиеся растения, команда Массачусетского технологического института обратилась к люциферазе, ферменту, который даёт светлячкам возможность светиться. Люцифераза действует на другую молекулу, называемую люциферином, заставляя последнюю излучать свет. Ещё одна молекула, называемая коферментом А, помогает процессу путём удаления побочного продукта реакции, который может ингибировать активность люциферазы.
Команда MIT упаковывала каждый из этих трёх компонентов в иной тип носителя наночастиц. Все эти частицы сделаны из материалов, которые US Food and Drug Administration классифицирует как «обычно считающиеся безопасными». Они помогают каждому компоненту попасть в правильную часть растения. Они также препятствуют достижению таких концентраций компонентов, которые могут быть токсичными для растений.
Исследователи использовали кремниевые наночастицы диаметром около 10 нанометров для переноса люциферазы и несколько более крупные частицы полимеров PLGA и хитозана для переноса люциферина и кофермента А соответственно. Чтобы доставить частицы в листья кресс-салата, исследователи сначала приготавливали суспензию частиц в растворе. Затем растения погружали в раствор, и подвергали воздействию высокого давления, что позволяло частицам проникать в листья через крошечные поры, называемые устьицами.
Предыдущие разработки по созданию светоизлучающих растений основывались на генетически-модифицированных растениях, чтобы внедрить в них ген люциферазы, но это трудоёмкий процесс, который дает чрезвычайно тусклый свет. Эти исследования проводились на растениях табака и других растениях , которые обычно используются для генетических исследований. Однако метод, разработанный лабораторией MIT, можно использовать на любом типе растения. Учёные, в дополнение к кресс-салату, продемонстрировали это с рукколой, капустой и шпинатом.
Для будущих версий этой технологии исследователи надеются разработать другой способ окраски или напыления наночастиц на листья растений, что позволило бы превратить деревья и другие крупные растения в источники света.
Исследование было опубликовано в журнале Nano Letters.