Инженеры MIT модифицировали жеруху обыкновенную (Nasturtium officinale), введя в ткань листьев люминесцентные наночастицы так, чтобы в темное время суток растение светилось. Сейчас трава светится на протяжении четырех часов; авторы идеи считают, что дальнейшая доработка позволит увеличить светимость и продолжительность свечения до такой степени, что в темной комнате возле небольшого горшка с растением можно будет читать, а клумба сможет освещать ночные улицы.
«Идея в том, чтобы растения можно было использовать для освещения помещений или улиц в ночные часы», – комментирует руководитель исследовательской группы Майкла Страно (Michael Strano). Такие растения могли бы сократить затраты электроэнергии на освещение, которые сегодня составляют около пятой части глобального энергопотребления.
Химическая реакция, в ходе которой энергия выделяется в форме света, происходит в результате окисления пигментов класса люциферинов в присутствии соответствующих ферментов – люцифераз. В ряде предыдущих исследований свечение живых организмов достигалось за счет генетических модификаций, в результате которых люциферины и люциферазы синтезировались в клетках растения. Группа Майкла Страно (Michael Strano) предлагает подход, не предусматривающий манипуляций с геномом растений. Вместо этого и пигмент, и окислительный фермент вводятся в ткани растения в составе наночастиц на основе кремния (для люциферазы) и полилактид-ко-гликолида (для люциферина); растения вымачивают в растворе частиц, а затем подвергают воздействию высокого давления, в результате чего наночастицы проникают в ткань через микропоры листа. В состав раствора также входят хитозановые наночастицы с коферментом A, который способствует выведению побочных продуктов реакции окисления люциферина, связывающих люциферазу и ингибирующих реакцию.
Частицы, несущие люциферин и кофермент A, накапливаются во внеклеточном пространстве паренхимы (внутреннего слоя листа), а частицы, несущие люциферазу, за счет меньшего размера проникают сквозь мембрану клеток паренхимы. Высвобождаясь из наночастиц, пигмент также попадает внутрь клеток, где вступает с люциферазой в реакцию, в результате которой растение испускает свет.
Первые опытные образцы светились всего по 45 минут, последние – уже почти по 4 часа; в идеале одного сеанса обработки раствором с наночастицами должно хватать для того, чтобы листья светились на протяжении всей жизни растения, считают авторы разработки. В дальнейшем ученые рассчитывают упростить процесс доставки наночастиц в ткани растений – к примеру, создать спрей, обработки которым будет достаточно для того, чтобы превратить в фонарь взрослое дерево или газон.
Все наночастицы, использованные в экспериментах, прошли проверку и получили одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США как безопасные для человека.
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
Наука
Ксения Малышева
