Промышленные новости

Ученые изучают люминесценцию растений

2020-12-14

Представьте, что в темноте вы можете читать светящиеся растения на столе вместо того, чтобы включать свет. Что это за опыт?

Инженеры Массачусетского технологического института сделали важный первый шаг к достижению этой цели. Инженеры имплантировали специальные наночастицы в листья кресс-салата и заставляли кресс-салат светиться почти четыре часа. Они считают, что благодаря дальнейшей оптимизации эта люминесцентная установка однажды осветит рабочее пространство.


Майкл Страно, профессор химической инженерии Массачусетского технологического института и старший автор исследования, сказал, что их идея заключалась в том, чтобы создать растение, которое можно было бы использовать как настольную лампу - без включения, источник света в конечном итоге исходит от самого растения. . Энергетический обмен.


Исследователи говорят, что эту технологию также можно использовать для обеспечения освещения внутри помещений низкой интенсивности или для преобразования деревьев в автономные электрические схемы.


Стратано сказал, что на освещение приходится около 20% мирового потребления энергии, и растения могут ремонтировать себя, получать собственную энергию и адаптироваться к внешней среде. Они считают, что время пришло.


Новой областью исследований, начатой ​​Strano Laboratories, является нанобионика растений, цель которой - придать растениям новые свойства путем имплантации в растения различных типов наночастиц. Цель команды - преобразовать заводы, чтобы заменить многие функции, предлагаемые электрическими установками. Ранее исследователи проектировали установки, которые могли отслеживать взрывчатые вещества и передавать информацию на смартфоны, а также растения, которые отслеживали условия засухи.


Сообщается, что люцифераза - это фермент, который заставляет светлячков излучать свет. Чтобы создать люминесцентные растения, команда Массачусетского технологического института обратилась к ферменту. Люцифераза действует на молекулу под названием люциферин, которая флуоресцирует флуоресцеин. Другая молекула, называемая коферментом А, может помочь достичь процесса люминесценции, удаляя побочные продукты реакции, которые ингибируют активность люциферазы.


Исследовательская группа упаковала три компонента в разные типы носителей наночастиц. Все эти наночастицы производятся Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США как «обычно считающиеся безопасными» материалы, которые помогают каждому ингредиенту добраться до нужной части растения. Наночастицы также препятствуют достижению этими компонентами концентраций, которые могут продуцировать токсины для растений.


Исследователи используют наночастицы диоксида кремния диаметром около 10 нанометров для переноса люциферазы, а затем используют немного более крупные полимерные PLGA (полимеры PLGA) и частицы хитозана (хитозан) для переноса флуоресцеина и кофермента. A. Чтобы эти частицы попали в листья растений, исследователи сначала суспендируют частицы в растворе, затем вымачивают растения в растворе, а затем подвергают их воздействию высокого давления, позволяя частицам проникнуть в листья через крошечные поры (устьица). .


Частицы, которые выделяют флуоресцеин и кофермент А, накапливаются во внеклеточном пространстве мезофилла (т.е. во внутреннем слое листьев), в то время как мелкие частицы, несущие люциферазу, проникают в клетки, составляющие мезофилл. После того, как частицы PLGA постепенно высвобождают флуоресцеин, флуоресцеин проникает в клетки растений, и люцифераза химически реагирует в клетках, заставляя флуоресцеин излучать свет.


Первоначально растения, созданные исследовательской группой, светятся около 45 минут, а после улучшения время люминесценции увеличивается до 3,5 часов. Хотя 10-сантиметровый саженец кресс-салата излучает одну тысячную света, необходимого для чтения, исследователи полагают, что путем дальнейшей оптимизации концентрации и скорости высвобождения каждого компонента можно увеличить количество люминесценции и увеличить время люминесценции.


Раньше производство люминесцентных растений основывалось на генетически модифицированных растениях, но это был трудоемкий процесс, и излучаемый свет был очень слабым. Кроме того, эти исследования проводились на табаке и Arabidopsis thaliana, которые обычно используются в генетических исследованиях растений. Однако методы, разработанные исследовательской группой Массачусетского технологического института, могут быть применены к любому типу растений. В настоящее время, помимо кресс-салата, это доказали с помощью рукколы, капусты и шпината.


В будущем MIT надеется разработать способ нанесения или распыления наночастиц на листья растений, чтобы превратить деревья и другие крупные растения в источники света.


Страно сказал, что они намерены провести техническую обработку, когда растение является рассадой или зрелым растением, и продолжают играть роль на протяжении всего жизненного цикла растения.


Команда также продемонстрировала способность выключать источник света, добавляя наночастицы, несущие ингибиторы флуоресцеина, что помогает им создавать растения, отключающие источник света в зависимости от изменений условий окружающей среды, таких как солнечный свет.



+86-75582592752
[email protected]