Industrienachrichten

Wissenschaftler untersuchen die Lumineszenz von Pflanzen

2020-12-14

Stellen Sie sich vor, wenn es dunkel ist, können Sie durch die leuchtenden Pflanzen auf Ihrem Schreibtisch lesen, anstatt ein Licht einzuschalten. Was für eine Erfahrung ist das?

Die MIT-Ingenieure haben einen entscheidenden ersten Schritt unternommen, um diese Vision zu erreichen. Ingenieure implantierten spezielle Nanopartikel in die Blätter der Brunnenkresse und ließen die Brunnenkresse fast vier Stunden lang glänzen. Sie glauben, dass diese Lumineszenzanlage durch weitere Optimierung eines Tages einen Arbeitsbereich beleuchten wird.


Michael Strano, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT und leitender Autor der Studie, sagte, ihre Idee sei es, eine Anlage zu bauen, die als Schreibtischlampe verwendet werden könne - ohne sich einzuschalten, wobei die Lichtquelle letztendlich aus der Ernte selbst stamme . Energiestoffwechsel.


Forscher sagen, dass die Technologie auch verwendet werden kann, um Innenbeleuchtung mit geringer Intensität bereitzustellen oder Bäume in in sich geschlossene Schaltungsleuchten umzuwandeln.


Laut Stratano macht die Beleuchtung etwa 20% des weltweiten Energieverbrauchs aus, und Anlagen können sich selbst reparieren, haben ihre eigene Energie und haben sich an die äußere Umgebung angepasst. Sie glauben, dass die Zeit reif ist.


Ein neues Forschungsgebiet, das von Strano Laboratories entwickelt wurde, ist die Pflanzennanobionik, die Pflanzen durch Implantation verschiedener Arten von Nanopartikeln in Pflanzen neue Eigenschaften verleihen soll. Ziel des Teams ist es, Anlagen so umzubauen, dass viele der Funktionen elektrischer Anlagen ersetzt werden. Zuvor entwarfen Forscher Anlagen, mit denen Sprengstoffe überwacht und Informationen an Smartphones übertragen werden können, sowie Anlagen, mit denen Dürrebedingungen überwacht werden können.


Es wird berichtet, dass Luciferase ein Enzym ist, das Glühwürmchen dazu bringt, Licht zu emittieren. Um Lumineszenzpflanzen herzustellen, wandte sich das MIT-Team dem Enzym zu. Luciferase wirkt auf ein Molekül namens Luciferin, das Fluorescein fluoresziert. Ein anderes Molekül namens Coenzym A kann dazu beitragen, den Lumineszenzprozess zu erreichen, indem Reaktionsnebenprodukte entfernt werden, die die Luciferaseaktivität hemmen.


Das Forscherteam verpackte die drei Komponenten in verschiedene Arten von Nanopartikelträgern. Diese Nanopartikel werden alle von der US-amerikanischen Food and Drug Administration als "normalerweise als sicher angesehene" Materialien hergestellt, die jedem Inhaltsstoff helfen, den richtigen Teil der Pflanze zu erreichen. Nanopartikel verhindern auch, dass diese Komponenten Konzentrationen erreichen, die für Pflanzen Toxine produzieren können.


Die Forscher verwenden Silica-Nanopartikel mit einem Durchmesser von etwa 10 Nanometern, um Luciferase zu transportieren, und verwenden dann etwas größere Polymer-PLGA (Polymere PLGA) und Chitosan-Partikel (Chitosan), um Fluorescein und Coenzym zu transportieren. A. Damit diese Partikel in die Pflanzenblätter gelangen, suspendieren die Forscher die Partikel zuerst in Lösung, tränken die Pflanzen dann in Lösung und setzen sie dann hohem Druck aus, sodass die Partikel durch winzige Poren (Stomata) in die Blätter gelangen können. .


Partikel, die Fluorescein und Coenzym A freisetzen, reichern sich im extrazellulären Raum des Mesophylls (dh der inneren Schicht der Blätter) an, während kleine Partikel, die Luciferase tragen, in die Zellen gelangen, aus denen das Mesophyll besteht. Nachdem die PLGA-Partikel allmählich Fluorescein freigesetzt haben, tritt das Fluorescein in die Pflanzenzellen ein und die Luciferase reagiert chemisch in den Zellen, wodurch das Fluorescein Licht emittiert.


Zunächst leuchten die vom Forscherteam produzierten Pflanzen etwa 45 Minuten lang, und nach der Verbesserung wird die Lumineszenzzeit auf 3,5 Stunden erhöht. Obwohl ein 10-cm-Brunnenkressesämling ein Tausendstel des zum Lesen erforderlichen Lichts erzeugt, glauben die Forscher, dass durch weitere Optimierung der Konzentration und Freisetzungsrate jeder Komponente die Lumineszenzmenge erhöht und die Lumineszenzzeit verlängert werden kann.


Früher beruhte die Herstellung von Lumineszenzpflanzen auf gentechnisch veränderten Pflanzen, dies war jedoch ein umständlicher Prozess und das emittierte Licht war sehr schwach. Darüber hinaus wurden diese Studien an Tabak und Arabidopsis thaliana durchgeführt, die üblicherweise in der pflanzengenetischen Forschung verwendet werden. Die vom MIT-Forschungsteam entwickelten Methoden können jedoch auf jeden Pflanzentyp angewendet werden. Derzeit haben sie dies neben Brunnenkresse auch mit Rucola, Grünkohl und Spinat bewiesen.


Das MIT hofft, in Zukunft eine Möglichkeit zu entwickeln, Nanopartikel auf Pflanzenblätter aufzutragen oder zu sprühen, um Bäume und andere große Pflanzen in Lichtquellen zu verwandeln.


Strano sagte, dass sie beabsichtigen, eine technische Behandlung durchzuführen, wenn die Pflanze ein Sämling oder eine reife Pflanze ist, und weiterhin eine Rolle während des gesamten Lebenszyklus der Pflanze spielen.


Das Team demonstrierte auch die Fähigkeit, die Lichtquelle auszuschalten, indem Nanopartikel hinzugefügt werden, die Fluorescein-Inhibitoren tragen. Dies hilft ihnen, Pflanzen zu schaffen, die die Lichtquelle aufgrund von Änderungen der Umgebungsbedingungen wie Sonnenlicht ausschalten.



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