В MIT сделали светящиеся цветы-лампы
Лаборатория Майкла Страно (Michael Strano) из Массачусетского технологического давно занимается экспериментами с растениями: они уже сделали цветы, которые светятся в присутствии в воздухе и почве веществ, которые выделяют зарытые мины, и растения, которые сами сигнализируют о том, что их пора полить — и присылают уведомления на смартфон.
На этот раз в Массачусетсе задумали заменить травой, кустами и деревьями осветительные приборы в помещениях и на улицах. Представьте; на город опускается ночь, и на бульварах и газонах нерезким, но ярким светом начинают светиться деревья и газоны. Так можно сэкономить до 20% от всей электроэнергии, которая тратися в мире — именно столько уходит на освещение. Этот подход сработает и для дома: горшок с цветами может заменить светильник.
Растения — прототипы пока светят не очень ярко — 10 кв.см. низкой травки жерухи обыкновенной (Nasturtium officinale) дает в сотню раз меньше света, чем необходимо, чтобы читать, не напрягая глаз. Но прогресс ученых внушает уважение: первые образцы светились еще тусклее и всего в течение 45 минут, а последние — по 3,5 часа.
Чтобы заставить траву светиться, ученым не пришлось прибегать к помощи генетиков. Вместо того, чтобы заставлять растения производить светящиеся белки (такой подход известен, но свечение получается слишком слабым), ученые ввели в ткань листьев реагенты, которые вступают в химическую реакцию, которая протекает с выделением энергии в виде света. В основе — реакция окисления пигментов из класса люциферинов под действием ферментов — люцифераз; кроме того, ученые добавили кофермент А — для «вывоза мусора»; он способствует выведению побочных продуктов реакции окисления люциферинов в присутствии люцифераз, и тем самым предотвращает ее прекращение.
Для того, чтобы все это попало в ткани растения, ученые создали на основе кремния и органических полимеров наночастицы заданного размера, в которых связали пигменты, ферменты и кофермент. В ткань листьев все это попало после того, как ученые вымочили растения в растворе с наночастицами, а затем подвергли траву обработке повышенным давлением; наночастицы вошли в микропоры (стромы) листов и оказались в фотосинтезирующем слое. Крупные наночастицы оказались в межклеточном пространстве. а самые маленькие, несущие люциферазы, проникли через клеточные мембраны и накопились внутри клеток.
Наночастицы постепенно высвобождали активные вещества; люциферины и кофермент проникали через мембраны клеток и вступали в реакции, в результате которых растения начали светиться.
В перспективе группа Страно надеется сделать технологию еще проще — скажем, придумать спрей или гель, который можно будет наносить на листья, чтобы обеспечивать их свечение. Кроме того, есть идея добавить в «нанококтейль» ингибитор люциферазы, активируемый светом; с ним деревья на городских улицах будут прекращать светиться с первыми лучами солнца.
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.