Stellen Sie sich vor, Sie könnten bei Dunkelheit durch die leuchtenden Pflanzen auf Ihrem Schreibtisch lesen, anstatt ein Licht anzuschalten. Was ist das für eine Erfahrung?
Die Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen entscheidenden ersten Schritt bei der Verwirklichung dieser Vision getan. Ingenieure implantierten spezielle Nanopartikel in die Blätter der Brunnenkresse, die die Brunnenkresse fast vier Stunden lang zum Leuchten brachten. Sie glauben, dass diese leuchtende Pflanze durch weitere Optimierung eines Tages ausreichen wird, um einen Arbeitsplatz zu beleuchten.
Michael Strano, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT und leitender Autor der Studie, sagte, dass ihre Idee darin besteht, eine Pflanze zu schaffen, die als Schreibtischlampe verwendet werden kann – der Strom muss nicht eingeschaltet werden und die Lichtquelle kommt letztendlich aus der Ernte selbst. Energiestoffwechsel.
Der Forscher sagte, dass diese Technologie auch verwendet werden kann, um Innenbeleuchtung mit geringer Intensität bereitzustellen oder Bäume in selbstversorgte Stromkreisleuchten zu verwandeln.
Strano sagte, dass die Beleuchtung etwa 20 % des weltweiten Energieverbrauchs ausmacht und Pflanzen sich selbst reparieren können, ihre eigene Energie haben und sich an die äußere Umgebung angepasst haben. Sie glauben, dass die Zeit reif ist.
Ein neues Forschungsgebiet, das vom Strano-Labor geschaffen wurde, heißt Plant Nanobionics, das darauf abzielt, Pflanzen neue Eigenschaften zu verleihen, indem verschiedene Arten von Nanopartikeln in Pflanzen implantiert werden. Das Ziel des Teams&ist es, Anlagen so umzuwandeln, dass sie viele der Funktionen von Elektroinstallationen ersetzen. Zuvor haben Forscher Anlagen entwickelt, die Sprengstoffe erkennen und Informationen an Smartphones übermitteln können, sowie Anlagen, die Dürrebedingungen überwachen können.
Es wird berichtet, dass Luciferase ein Enzym ist, das Glühwürmchen zum Leuchten bringt. Um lichtemittierende Pflanzen herzustellen, wandte sich das MIT-Team an dieses Enzym. Luciferase wirkt auf ein Molekül namens Luciferin, das Luciferin dazu bringen kann, Licht auszusenden. Ein anderes Molekül namens Co-Enzym A (Co-Enzym A) kann dazu beitragen, den Lumineszenzprozess zu erreichen, indem es die Nebenprodukte der Reaktion entfernt, die die Aktivität der Luciferase hemmen können.
Das Forschungsteam verpackte diese drei Komponenten in verschiedene Arten von Nanopartikel-Trägern. Diese Nanopartikel bestehen alle aus Materialien, die von der US-amerikanischen Food and Drug Administration als"generell als sicher angesehen werden" um zu helfen, dass jede Zutat den richtigen Teil der Pflanze erreicht. Nanopartikel können auch verhindern, dass diese Komponenten Konzentrationen erreichen, die Giftstoffe für Pflanzen produzieren können.
Die Forscher verwendeten Siliziumdioxid-Nanopartikel mit einem Durchmesser von etwa 10 Nanometern, um Luciferase zu tragen, und verwendeten dann etwas größere Polymere PLGA (Polymere PLGA) und Chitosan-Partikel (Chitosan), um Luciferin bzw. Coenzyme zu tragen. A. Damit diese Partikel in die Blätter der Pflanzen eindringen können, suspendierten die Forscher diese Partikel zuerst in einer Lösung, tränkten dann die Pflanzen in der Lösung und setzten sie dann hohem Druck aus, damit diese Partikel durch winzige Poren (Stomata) in die Blätter eindringen ).
Die Partikel, die Luciferin und Coenzym A freisetzen, sammeln sich im extrazellulären Raum des Mesophylls (d. Nachdem die PLGA-Partikel Luciferin allmählich freisetzen, dringt das Luciferin in die Pflanzenzelle ein und die Luciferase reagiert in der Zelle chemisch, um das Luciferin zur Lichtemission zu bringen.
Anfänglich glühte die Pflanze des Forscherteams etwa 45 Minuten lang. Nach Verbesserung wurde die Glühzeit auf 3,5 Stunden erhöht. Obwohl ein 10 cm großer Brunnenkresse-Keimling ein Tausendstel der Lichtmenge erzeugt, die derzeit zum Lesen benötigt wird, glauben die Forscher, dass durch eine weitere Optimierung der Konzentration und Freisetzungsrate jedes Bestandteils die Lichtmenge erhöht und die Leuchtzeit verlängert werden kann verlängert werden.
Früher beruhte die Produktion von Leuchtpflanzen auf gentechnisch veränderten Pflanzen, aber dies war ein mühsamer Prozess und das emittierte Licht war sehr schwach. Darüber hinaus werden diese Studien alle an Tabak und Arabidopsis thaliana durchgeführt, die häufig in der pflanzengenetischen Forschung verwendet werden. Die vom MIT-Forschungsteam entwickelte Methode lässt sich jedoch auf jede Pflanzenart anwenden. Derzeit beweisen sie dies neben Brunnenkresse auch mit Rucola, Grünkohl und Spinat.
In Zukunft hofft das MIT, eine Methode zu entwickeln, um Nanopartikel auf Pflanzenblätter zu beschichten oder zu sprühen, um Bäume und andere große Pflanzen in Lichtquellen zu verwandeln.
Strano erklärte, dass sie beabsichtigen, eine technische Behandlung durchzuführen, wenn es sich bei der Pflanze um einen Sämling oder eine reife Pflanze handelt, und dass sie während des gesamten Lebenszyklus der Pflanze weiterhin eine Rolle spielt.
Das Forschungsteam demonstrierte auch die Zugabe von Nanopartikeln, die Fluorescein-Inhibitoren tragen, um die Lichtquelle auszuschalten, was ihnen half, Pflanzen zu schaffen, die die Lichtquelle je nach Änderung der Umgebungsbedingungen (wie Sonnenlicht) ausschalten können.
Es wird berichtet, dass die Forschung finanzielle Unterstützung vom US-Energieministerium erhalten hat.
