Приличная часть энергии расходуется на освещение, поэтому ученые Массачусетского технологического института разрабатывают новый вид пассивного освещения - светящиеся в темноте растения. В последнем эксперименте команда заставила их светиться намного ярче, чем растения первого поколения, без вреда для их жизнеспособности.
Возникающая область «нанобионики растений» включает в себя внедрение наночастиц в растения, чтобы дать им новые возможности. В ходе прошлой работы команда Массачусетского технологического института создала растения, которые могут посылать электрические сигналы, когда им нужна вода, шпинат, который можно использовать для обнаружения взрывчатых веществ, и жеруху обыкновенную, светящуюся в темноте.
Каким бы интересным ни было последнее, свечение было не особенно ярким - примерно на одном уровне с теми пластиковыми светящимися звездами, которые многие из нас в детстве прикрепляли к потолку. Это крутая новинка, но не очень полезна для максимального варианта использования пассивного освещения.
Теперь исследователи повысили яркость до более практичного уровня. Ключевым моментом было переключение светящихся компонентов с люциферазы и люциферина, которые дают светлячкам их свечение, на фотолюминофорные материалы. Эти материалы поглощают и сохраняют видимый и ультрафиолетовый свет и медленно выделяют его в виде фосфоресценции (длительном свечении).
«Создание окружающего света с помощью возобновляемой химической энергии живых растений - смелая идея», - говорит Шейла Кеннеди, автор исследования. «Это фундаментальный сдвиг в нашем понимании живых растений и электроэнергии для освещения».
Используя специальные наночастицы, внедренные в листья растений, инженеры создали новую светоизлучающую установку, которая может заряжаться от светодиода. На этом изображении зеленые части - это наночастицы, которые собрались на поверхности губчатой ткани мезофилла в листьях растения. Фото: MIT
В этом случае команда использовала наночастицы из алюмината стронция в качестве люминофора и покрыла их кремнеземом, чтобы они не повредили растения. Затем они проникают через поры в листьях и в конечном итоге накапливаются в слое, называемом мезофиллом.
Под воздействием света Солнца или светодиодов (LEDs) растения будут светиться зеленым. Команда протестировала эту технику на ряде растений, включая Жеруха обыкновенная, Табак обыкновенный, Базилик душистый, Маргаритка многолетняя и Колоказия, и обнаружила, что всего 10 секунд воздействия синих светодиодов заставляют растения светиться до часа. Как и следовало ожидать, яркость света максимальна в первые несколько минут, а затем в течение следующего часа она угасает.
Диаграмма, показывающая, где накапливаются наночастицы внутри растений. Фото: MIT
Свет был в 10 раз ярче, чем в предыдущей версии, и, что важно, имплантаты из наночастиц не повредили нормальным функциям растений, таким как фотосинтез и испарение воды через их листья.
Конечная цель, по словам команды, - попытаться разработать светящиеся растения, которые можно было бы использовать для пассивного освещения улиц или других общественных мест, снижая потребление энергии, необходимой для уличного освещения. Следующие шаги к этой цели - объединить новые наночастицы алюмината стронция с более ранними люциферазными, в надежде сделать свечение ярче и долговечнее.
Несколько примеров светящихся в темноте растений. Фото: MIT
«Если бы живые растения могли стать отправной точкой передовых технологий, растения могли бы заменить нашу нынешнюю далеко не эко-устойчивую городскую электрическую сеть освещения для взаимной выгоды всех видов, зависящих от растений, включая и людей», - говорит Кеннеди.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Вы можете посмотреть видео светящихся растений первого поколения с описанием исследования на нашем сайте
Источник: MIT
