تخيل أنه بدلاً من تشغيل الأضواء عندما يحل الظلام ، يمكنك قراءة كتاب على ضوء نبتة مضيئة على مكتبك ، أو المشي تحت ضوء شجرة ساطعة بدلاً من الأضواء الكهربائية. ال نباتات مضيئة لطالما كان موضوع الدراسة من قبل العلماء.
لهذا السبب ، سنخصص هذه المقالة لنخبرك ما هي النباتات المضيئة وما هي الدراسات الموجودة عليها.
دراسات على النباتات المضيئة
اتخذ المهندسون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في كامبريدج (ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية) الخطوات الأساسية الأولى لإحياء السيناريو الذي يبدو أنه اختفى اليوم من قصص الخيال العلمي.
قام فريق بقيادة الدكتور مايكل سترانو ، الأستاذ المتميز في الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بدمج سلسلة من الجسيمات النانوية الخاصة (جزيئات مجهرية) في أوراق نباتات حب الرشاد ، حثهم على إصدار ضوء خافت لمدة أربع ساعات تقريبًا.
يعتقد الباحثون أنه عندما يتمكنون من تحسين هذه التكنولوجيا النانوية ، ستصبح النباتات مشرقة بدرجة كافية لإضاءة مساحات العمل. قام فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بزراعة نباتات يمكن أن تتوهج لمدة 4 ساعات تقريبًا وتضيء صفحات الكتاب من مسافة قريبة.
يمكن استخدام هذه التقنية أيضًا لتوفير إضاءة داخلية منخفضة الشدة أو لتحويل الأشجار إلى إنارة أوتوماتيكية للشوارع.
مزايا النباتات المضيئة
ما هي المزايا والفوائد الرئيسية لاستخدام النباتات المضيئة لإضاءة المساحات الداخلية والشوارع؟ يعد تصميم النباتات الحية لانبعاث الضوء المرئي والإضاءة المستدامة أمرًا مقنعًا لأن النباتات لديها آليات مستقلة لتوليد الطاقة وتخزينها.
النباتات سالبة الكربون بشكل مضاعف ، مما يعني أنهم يستهلكون ثاني أكسيد الكربون عن طريق إنتاج الوقود وهم أنفسهم نتاج لعزل الكربون (تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مركبات عضوية) في الغلاف الجوي. يقول الباحثون إنه عندما يتم تحسين التقنية ، سيكونون قادرين على إضاءة مساحات العمل بأكملها أو استخدامها للإضاءة العامة.
النباتات هي الأفضل في الإضاءة الحيوية المستدامة التي لا تعتمد على أي بنية تحتية بشرية وتتكيف جيدًا مع البيئات الخارجية. إنهم يصلحون أنفسهم ، إنهم موجودون بالفعل حيث نريدهم أن يعملوا كأضواء كهربائية ، ويبقون على قيد الحياة ويستمرون في أحداث مناخية مختلفة ، ولديهم مصدر مياه خاص بهم ، ويقومون أيضًا بكل ما سبق بشكل مستقل.
الغطاء النباتي خارج عن المألوف
ما يسمى بـ "النباتات النانوية" هي مجال بحثي جديد يروج له مختبر Strano ، حيث يدمجون مختلفًا أنواع الجسيمات النانوية ومصانع الهندسة لتتولى العديد من الوظائف التي تؤديها الآن الأجهزة الإلكترونية.
وفقًا لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، قام فريق Strano بالفعل بتطبيق هذه التقنية لهندسة النباتات التي يمكنها اكتشاف المتفجرات ونقل هذه المعلومات إلى هاتف ذكي ، بالإضافة إلى الخضروات المزودة بأجهزة استشعار إلكترونية في أوراقها تستجيب عندما تحذر عندما يكون مستوى الماء منخفضًا.
طور علماء الوكالة أيضًا مصنعًا نانويًا قادرًا على التقاط أكثر من 30 في المائة من الطاقة الضوئية ، وإدخال أنابيب الكربون النانوية في الخلايا التي تنتج عملية التمثيل الضوئي ، وجعل من الممكن اكتشاف الملوثات مثل غاز أكسيد النيتريك.
طور فريق البروفيسور سترانو سابقًا نباتات نانوية مع تحسين التمثيل الضوئي والقدرة على اكتشاف الغازات الملوثة والمتفجرات وظروف الجفاف.
«الإضاءة ، والتي تمثل حوالي 20 بالمائة من استهلاك الطاقة العالمي، هو أحد الأهداف المنطقية لهذه التقنيات النباتية المحددة للغاية ، "قال سترانو ، مشيرًا إلى أن" النباتات يمكنها إصلاح نفسها ، والحصول على طاقتها الخاصة ، والتكيف مع البيئة الخارجية.
لإنشاء نباتات متوهجة ، لجأ فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى لوسيفيراز ، الإنزيم الذي يجعل اليراعات تتوهج. يعمل Luciferase على جزيء يسمى luciferin ، مما يؤدي إلى إصداره للضوء ، بينما يساعد جزيء آخر يسمى coenzyme A في العملية عن طريق إزالة منتج ثانوي للتفاعل الكيميائي الحيوي الذي يثبط نشاط إنزيم luciferin.
الجسيمات النانوية والخضروات تحت ضغط مرتفع
قام فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتعبئة كل من هذه المكونات الثلاثة في أنواع مختلفة من الجسيمات النانوية الحاملة المصنوعة من مواد مصنفة على أنها "معترف بها عمومًا على أنها آمنة" من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA). يتم طباعة شعار شعار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المتوهج على شفرات الصواريخ ، والتي يتم غمرها بمزيج من الجسيمات النانوية.
وفقًا لفريق Strano ، تساعد هذه الجسيمات النانوية كل مكون في الوصول إلى الجزء الصحيح من النبات و تمنع هذه المكونات من الوصول إلى التركيزات التي يمكن أن تكون سامة للنبات نفسه.
وفقًا لمؤلفي الدراسة الممولة من وزارة الطاقة الأمريكية ، استخدم الباحثون جزيئات السيليكا النانوية لنقل لوسيفيراز وجزيئات أكبر قليلاً من البوليمرات PLGA والكيتوزان لنقل لوسيفيرين وأنزيم A ، على التوالي.
لدمج الجسيمات النانوية الحاملة في أوراق النبات ، علق الباحثون أولاً الجسيمات النانوية في محلول سائل ، ثم غمروا النباتات في السائل ، وفي النهاية استخدموا ضغطًا عاليًا على النباتات لإجبار الجسيمات في الأوراق من خلال مسام صغيرة تسمى الثغور ، وفقًا لـ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
في بداية المشروع ، أنتج الباحثون نباتات توهجوا لمدة 45 دقيقة وقد أتقنوا العملية منذ ذلك الحين لجعلها تتوهج لمدة 3,5 ساعة.
حاليًا ، تنتج شتلة من حب الرشاد يبلغ طولها 10 سنتيمترات حوالي جزء من الألف من كمية الضوء اللازمة للقراءة ، لكن يعتقد الباحثون أنه يمكنهم زيادة كمية الضوء المنبعث ومدة هذه الطاقة الضوئية عن طريق زيادة تحسين المعدل.
يعمل Luciferase على جزيء يسمى luciferin ويجبره على التوهج. ويشارك أيضًا في هذه العملية جزيء يسمى الإنزيم المساعد أ.، مما يجعل الأمر سهلاً.
يتم نقل كل من هذه المكونات بواسطة جسيم نانوي ، مما يضمن وصولهم إلى المكان الصحيح ويمنعهم من التركيز في مكان معين ، مما قد يكون سامًا للنبات. تمكن الباحثون من جعل النباتات تتوهج لمدة ثلاث ساعات ونصف الساعة.
وعلى الرغم من أن الضوء الذي يحصلون عليه خافت نسبيًا ، إلا أنهم يعتقدون أنه من الممكن زيادة شدة الضوء ومدته. على عكس التجارب السابقة ، التي نجحت في جعل أنواع معينة من النباتات تتوهج من خلال عملية أكثر تعقيدًا ، يمكن تطبيق الطريقة التي طورها باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على أي نوع من النباتات.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد حول ما هي النباتات المضيئة وخصائصها.