Kujutage ette, et kui on pime, saate valguse sisselülitamise asemel lugeda oma laua hõõguvad taimed. Mis kogemus see on?
Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) insenerid on selle visiooni realiseerimise protsessis teinud kriitilise esimese sammu. Insenerid implanteerisid vesikriisi lehtedesse spetsiaalsed nanoosakesed, mis põhjustas vesikriisi hõõguma peaaegu neli tundi. Nad usuvad, et edasise optimeerimise kaudu piisab ühel päeval sellest valgustaimest tööruumi valgustamiseks.
MIT-i keemiatehnoloogia professor ja uuringu vanemautor Michael Strano ütles, et nende idee on luua tehas, mida saab kasutada laualambina - võimsust ei pea sisse lülitama ja valgusallikas pärineb lõpuks põllukultuurist endast. Energia ainevahetus.
Uurija ütles, et seda tehnoloogiat saab kasutada ka madala intensiivsusega sisevalgustuse pakkumiseks või puude muutmiseks ise tarnitud vooluahela tuledeks.
Strano ütles, et valgustus moodustab umbes 20% ülemaailmsest energiatarbimisest ja taimed saavad ennast parandada, omada oma energiat ja on kohanenud väliskeskkonnaga. Nad usuvad, et aeg on küps.
Strano labori loodud uut uurimisvaldkonda nimetatakse taimede nanobioonikaks, mille eesmärk on anda taimedele uusi omadusi, implanteerides taimedesse erinevat tüüpi nanoosakesi. Meeskonna eesmärk on muuta tehaseid, et asendada paljud elektripaigaldiste pakutavad funktsioonid. Varem on teadlased välja töötanud taimed, mis suudavad tuvastada lõhkeaineid ja edastada teavet nutitelefonidele, samuti taimedele, mis suudavad põuatingimusi jälgida.
On teatatud, et lutsiferaas on ensüüm, mis paneb fireflies särama. Valgust kiirgavate taimede valmistamiseks pöördus MIT-i meeskond selle ensüümi poole. Lutsiferaas toimib molekulile, mida nimetatakse lutsiferiiniks, mis võib muuta lutsiferiini valguse kiirgama. Teine molekul, mida nimetatakse kaasensüümiks A (kaasensüüm A), võib aidata saavutada luminestsentsi protsessi, eemaldades reaktsiooni kõrvalsaadused, mis võivad pärssida lutsiferaasi aktiivsust.
Uurimisrühm pakendas need kolm komponenti erinevat tüüpi nanoosakeste kandjatesse. Need nanoosakesed on kõik valmistatud materjalidest, mida USA Toidu- ja Ravimiamet klassifitseerib "üldiselt ohutuks", et aidata igal koostisosal jõuda taime õigesse ossa. Nanoosakesed võivad takistada ka nende komponentide jõudmist kontsentratsioonideni, mis võivad taimedele toksiine toota.
Uurijad kasutasid lutsiferaasi kandmiseks ränidioksiidi nanoosakesi läbimõõduga umbes 10 nanomeetrit ning kasutasid seejärel veidi suuremaid polümeere PLGA (polümeerid PLGA) ja kitosaani osakesi (kitosaan) vastavalt lutsiferiini ja koensüümide kandmiseks. A. Selleks, et need osakesed saaksid taimede lehtedesse siseneda, peatasid teadlased kõigepealt need osakesed lahuses, seejärel leotasid taimed lahuses ja seejärel puutusid need kokku kõrge rõhuga, et need osakesed siseneksid lehtedesse väikeste pooride (stomata) kaudu.
Lutsiferiini ja koensüümi A vabastavad osakesed kogunevad mesofülli rakuvälisesse ruumi (st lehe sisekihti), samas kui lutsiferaasi kandvad väikesed osakesed sisenevad mesofülli moodustavatesse rakkudesse. Pärast seda, kui PLGA osakesed vabastavad järk-järgult lutsiferiini, siseneb lutsiferiin taimerakku ja lutsiferaas reageerib rakus keemiliselt, et lutsiferiin kiirgaks valgust.
Esialgu hõõgus uurimisrühma tehtud taim umbes 45 minutit. Pärast paranemist suurendati hõõgusaega 3,5 tunnini. Kuigi 10 cm vesikriisi seemik toodab ühe tuhandiku praegu lugemiseks vajalikust valguse kogusest, usuvad teadlased, et iga komponendi kontsentratsiooni ja vabanemiskiiruse edasise optimeerimisega saab valguse kogust suurendada ja valgust kiirgavat aega pikendada.
Varem tugines valgust kiirgavate taimede tootmine geneetiliselt muundatud taimedele, kuid see oli tülikas protsess ja eralduv valgus oli väga nõrk. Lisaks viiakse need uuringud läbi tubaka ja Arabidopsis thaliana kohta, mida sageli kasutatakse taimede geneetilistes uuringutes. MIT-i uurimisrühma poolt välja töötatud meetodit saab siiski rakendada mis tahes tüüpi taimedele. Praegu on nad lisaks vesikriisile seda tõestanud arugula, lehtkapsa ja spinatiga.
Tulevikus loodab MIT välja töötada meetodi nanoosakeste katmiseks või pihustamiseks taimelehtedele, et muuta puud ja muud suured taimed valgusallikateks.
Strano teatas, et nad kavatsevad teha tehnilist töötlemist, kui taim on seemik või küps taim, ja muuta see kogu taime elutsükli jooksul rolliks.
Uurimisrühm näitas ka fluorestseiini inhibiitoreid kandvate nanoosakeste lisamist valgusallika väljalülimiseks, mis aitas neil luua taimi, mis võivad valgusallika välja lülitada vastavalt keskkonnatingimuste muutustele (näiteks päikesevalgus).
On teatatud, et uuring on saanud rahalist toetust USA energeetikaministeeriumilt.
