Вмешательство в дела природы: как биологи создали светящиеся растения, которые можно заряжать
Исследователи представили растение, которое способно создавать достаточно яркий свет в темное время суток. Добиться этого удалось при помощи новых наночастиц
Современная биотехнология может позволить создать совершенно невероятные вещи. Например, полностью экологичные источники света, которые в течение дня накапливают энергию солнечного излучения, а вечером и ночью могут излучать свет подобно лампочкам. Пока, конечно, таким растениям не сравниться по эффективности со светодиодами, но исследователи вовсю работают над этим.
В своей работе ученые из MIT представили растение, способное излучать свет и накапливать энергию, «заряжаясь» от светодиода. Исследователи добиваются этого, встраивая в организмы различные типы наночастиц. Первое поколение светоизлучающих растений содержало наночастицы, несущие люциферазу и люциферин, которые отвечают за природную люминесценцию светлячков. Используя эти частицы, исследователи создали растения кресс-салата, которые могли в течение нескольких часов испускать тусклый свет — примерно в 1000 раз меньше, чем нужно для комфортного чтения.
В своем исследовании авторы хотели создать компоненты, которые могли бы увеличить продолжительность свечения и сделать излучение ярче. Им пришла в голову идея использовать конденсатор — часть электрической цепи, которая может накапливать электричество и выделять его по требованию. В случае светящихся растений световой конденсатор может использоваться для хранения света в форме фотонов для его последующего излучения в темном помещении.
В качестве «светового конденсатора» исследователи решили использовать люминофор. Этот тип материалов может поглощать видимый или ультрафиолетовый свет, а затем медленно выделять его в виде фосфоресцирующего свечения. Исследователи использовали в качестве люминофора алюминат стронция. Прежде чем встраивать наночастицы из этого вещества в растения, авторы покрыли их кремнеземом, который защищает растение от повреждений.
Частицы диаметром в несколько сотен нанометров могут проникать в растения через устьицы — небольшие поры, расположенные на поверхности листьев. Частицы накапливаются в губчатом слое, называемом мезофиллом, где они образуют тонкую пленку. Мезофилл живого растения можно заставить принять эти частицы, не причинив вреда растению и не жертвуя излучательными свойствами.
Эта пленка может поглощать фотоны как от солнечного света, так и от светодиода. Исследователи показали, что после 10 секунд воздействия синего светодиода их растения могли излучать свет в течение примерно часа. Свет был самым ярким в течение первых пяти минут, а затем постепенно уменьшался. Растения можно непрерывно подзаряжать в течение, по крайней мере, двух недель.
Статья опубликована в журнале Science Advances.