ลองนึกภาพว่าเมื่อมันมืดคุณสามารถอ่านผ่านพืชเรืองแสงบนโต๊ะทํางานของคุณแทนที่จะเปิดไฟ นี่เป็นประสบการณ์แบบไหนกัน?
วิศวกรของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้ก้าวแรกที่สําคัญในกระบวนการตระหนักถึงวิสัยทัศน์นี้ วิศวกรปลูกอนุภาคนาโนพิเศษลงในใบของแพงพวยซึ่งกระตุ้นให้แพงพวยเรืองแสงเกือบสี่ชั่วโมง พวกเขาเชื่อว่าด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพต่อไปโรงงานส่องสว่างนี้จะเพียงพอที่จะส่องสว่างพื้นที่ทํางาน
Michael Strano ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีของ MIT และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าวว่าแนวคิดของพวกเขาคือการสร้างโรงงานที่สามารถใช้เป็นโคมไฟตั้งโต๊ะได้พลังงานไม่จําเป็นต้องเปิดและแหล่งกําเนิดแสงในที่สุดก็มาจากพืชผลเอง การเผาผลาญพลังงาน
นักวิจัยกล่าวว่าเทคโนโลยีนี้ยังสามารถใช้เพื่อให้แสงในร่มที่มีความเข้มต่ําหรือเปลี่ยนต้นไม้ให้เป็นไฟวงจรที่ตนเองจ่ายเอง
Strano กล่าวว่าแสงคิดเป็นประมาณ 20% ของการใช้พลังงานทั่วโลกและพืชสามารถซ่อมแซมตัวเองมีพลังงานของตัวเองและได้ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมภายนอก พวกเขาเชื่อว่าเวลาสุก
สาขาการวิจัยใหม่ที่สร้างขึ้นโดยห้องปฏิบัติการ Strano เรียกว่าพืชนาโนไบโอนิกส์ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อให้ลักษณะใหม่แก่พืชโดยการปลูกฝังอนุภาคนาโนชนิดต่าง ๆ ลงในพืช เป้าหมายของทีมคือการเปลี่ยนโรงงานเพื่อแทนที่ฟังก์ชั่นหลายอย่างที่ได้รับจากการติดตั้งระบบไฟฟ้า ก่อนหน้านี้นักวิจัยได้ออกแบบพืชที่สามารถตรวจจับวัตถุระเบิดและส่งข้อมูลไปยังสมาร์ทโฟนรวมถึงพืชที่สามารถตรวจสอบสภาพภัยแล้งได้
มีรายงานว่า luciferase เป็นเอนไซม์ที่ทําให้หิ่งห้อยเรืองแสง เพื่อให้พืชเปล่งแสงทีม MIT หันไปหาเอนไซม์นี้ ลูซิเฟอเรสทําหน้าที่ในโมเลกุลที่เรียกว่าลูซิเฟอรินซึ่งสามารถทําให้ลูซิเฟอรินปล่อยแสง โมเลกุลอื่นที่เรียกว่าเอนไซม์ร่วม A (เอนไซม์ร่วม A) สามารถช่วยให้บรรลุกระบวนการของการส่องสว่างโดยการลบผลพลอยได้ของปฏิกิริยาที่สามารถยับยั้งการทํางานของ luciferase
ทีมวิจัยบรรจุส่วนประกอบทั้งสามนี้ไว้ในผู้ให้บริการอนุภาคนาโนประเภทต่างๆ อนุภาคนาโนเหล่านี้ทั้งหมดทําจากวัสดุที่สํานักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาจัดอยู่ในประเภท "โดยทั่วไปถือว่าปลอดภัย" เพื่อช่วยให้ส่วนผสมแต่ละชนิดไปถึงส่วนที่เหมาะสมของพืช อนุภาคนาโนยังสามารถป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบเหล่านี้เข้าถึงความเข้มข้นที่อาจผลิตสารพิษให้กับพืช
นักวิจัยใช้อนุภาคนาโนซิลิกาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 นาโนเมตรเพื่อพกพาลูซิเฟอเรสจากนั้นใช้โพลิเมอร์ขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อย PLGA (โพลิเมอร์ PLGA) และอนุภาคไคโตซาน (ไคโตซาน) เพื่อนําลูซิเฟอรีนและโคเอนไซม์ตามลําดับ A. เพื่อให้อนุภาคเหล่านี้เข้าสู่ใบพืชนักวิจัยได้ระงับอนุภาคเหล่านี้ในสารละลายก่อนจากนั้นจึงแช่พืชในสารละลายแล้วสัมผัสกับแรงดันสูงเพื่อให้อนุภาคเหล่านี้เข้าสู่ใบผ่านรูขุมขนเล็ก ๆ (ปากใบ)
อนุภาคที่ปล่อยลูซิเฟอรินและโคเอนไซม์ A สะสมอยู่ในพื้นที่นอกเซลล์ของ mesophyll (นั่นคือชั้นในของใบ) ในขณะที่อนุภาคขนาดเล็กที่มี luciferase เข้าสู่เซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็น mesophyll หลังจากอนุภาค PLGA ค่อยๆปล่อย luciferin ลูซิเฟอรินเข้าสู่เซลล์พืชและ luciferase จะทําปฏิกิริยาทางเคมีในเซลล์เพื่อให้ลูซิเฟอรินปล่อยแสง
ในขั้นต้นพืชที่ทําโดยทีมวิจัยเรืองแสงประมาณ 45 นาที หลังจากการปรับปรุงเวลาเรืองแสงเพิ่มขึ้นเป็น 3.5 ชั่วโมง แม้ว่าต้นกล้าแพงพวยขนาด 10 ซม. จะผลิตแสงหนึ่งในพันที่จําเป็นสําหรับการอ่านในปัจจุบัน แต่นักวิจัยเชื่อว่าการเพิ่มประสิทธิภาพความเข้มข้นและอัตราการปล่อยของแต่ละองค์ประกอบสามารถเพิ่มปริมาณแสงและเวลาในการเปล่งแสงได้นานขึ้น
ก่อนหน้านี้การผลิตพืชเปล่งแสงอาศัยพืชที่ดัดแปลงพันธุกรรม แต่นี่เป็นกระบวนการที่ลําบากและแสงที่ปล่อยออกมานั้นอ่อนแอมาก นอกจากนี้การศึกษาเหล่านี้ทั้งหมดดําเนินการเกี่ยวกับยาสูบและ Arabidopsis thaliana ซึ่งมักใช้ในการวิจัยทางพันธุกรรมของพืช อย่างไรก็ตามวิธีการที่พัฒนาโดยทีมวิจัย MIT สามารถนําไปใช้กับพืชทุกประเภท ในปัจจุบันนอกเหนือจากแพงพวยแล้วพวกเขายังพิสูจน์สิ่งนี้ด้วย arugula คะน้าและผักโขม
ในอนาคต MIT หวังที่จะพัฒนาวิธีการเคลือบหรือฉีดพ่นอนุภาคนาโนบนใบพืชเพื่อเปลี่ยนต้นไม้และพืชขนาดใหญ่อื่น ๆ ให้เป็นแหล่งกําเนิดแสง
Strano ระบุว่าพวกเขาตั้งใจที่จะทําการรักษาทางเทคนิคเมื่อพืชเป็นต้นกล้าหรือพืชที่โตเต็มที่และทําให้มีบทบาทตลอดวงจรชีวิตของพืช
ทีมวิจัยยังแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มอนุภาคนาโนที่มีสารยับยั้งฟลูออเรสซีนเพื่อปิดแหล่งกําเนิดแสงซึ่งช่วยให้พวกเขาสร้างพืชที่สามารถปิดแหล่งกําเนิดแสงตามการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม (เช่นแสงแดด)
มีรายงานว่าการวิจัยได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา
