ลองนึกภาพว่าแทนที่จะเปิดไฟในที่มืด คุณสามารถอ่านหนังสือภายใต้แสงของต้นไม้ที่ส่องสว่างบนโต๊ะทำงานของคุณ หรือเดินเล่นใต้แสงของต้นไม้ที่สว่างไสวแทนการใช้ไฟฟ้า เดอะ พืชเรืองแสง เป็นเป้าหมายของการศึกษาโดยนักวิทยาศาสตร์มาโดยตลอด
ด้วยเหตุผลนี้ เราจะอุทิศบทความนี้เพื่อบอกคุณว่าพืชเรืองแสงคืออะไรและมีการศึกษาอะไรบ้าง
การศึกษาเกี่ยวกับพืชเรืองแสง
วิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในเมืองเคมบริดจ์ (รัฐแมสซาชูเซตส์ สหรัฐอเมริกา) ได้ดำเนินการตามขั้นตอนพื้นฐานขั้นแรกในการทำให้สถานการณ์ที่ดูเหมือนจะหายไปจากนิยายวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันมีชีวิตขึ้นมา
ทีมงานที่นำโดย Dr. Michael Strano ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีที่ Massachusetts Institute of Technology ได้รวมเอาชุดของอนุภาคนาโนพิเศษ (อนุภาคขนาดจิ๋ว) เข้าไปในใบของต้นเครส ทำให้พวกเขาเปล่งแสงสลัวเกือบสี่ชั่วโมง
นักวิจัยเชื่อว่าเมื่อพวกเขาจัดการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพนาโนเทคโนโลยีนี้ พืชจะสว่างพอที่จะส่องสว่างพื้นที่ทำงาน ทีมงานจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ได้ทำการเพาะ พืชที่สามารถเรืองแสงได้เกือบ 4 ชั่วโมงและส่องหน้าหนังสือในระยะใกล้
เทคโนโลยีนี้ยังสามารถใช้เพื่อให้แสงสว่างในร่มที่มีความเข้มต่ำหรือเปลี่ยนต้นไม้ให้เป็นไฟถนนอัตโนมัติ
ข้อดีของพืชเรืองแสง
อะไรคือข้อดีและประโยชน์ของการใช้ต้นไม้เรืองแสงเพื่อให้แสงสว่างภายในอาคารและถนน? การออกแบบพืชที่มีชีวิตให้มีการปล่อยแสงที่มองเห็นได้และแสงสว่างที่ยั่งยืนเป็นสิ่งที่น่าสนใจ เนื่องจากพืชมีกลไกการสร้างและกักเก็บพลังงานที่เป็นอิสระต่อกัน
พืชมีคาร์บอนเป็นลบสองเท่า ซึ่งหมายความว่าพวกเขาใช้ CO2 โดยการผลิตเชื้อเพลิงและเป็นผลิตภัณฑ์ของการกักเก็บคาร์บอน (เปลี่ยน CO2 เป็นสารประกอบอินทรีย์) ในบรรยากาศ เมื่อเทคนิคนี้ได้รับการปรับให้เหมาะสม นักวิจัยกล่าวว่า พวกมันจะสามารถส่องสว่างพื้นที่ทำงานทั้งหมดหรือใช้เป็นแสงสว่างในที่สาธารณะได้
พืชเป็นสุดยอดของแสงเลียนแบบชีวภาพที่ยั่งยืนซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างพื้นฐานของมนุษย์และปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมกลางแจ้งได้ดี พวกมันซ่อมแซมตัวเอง พวกมันมีอยู่แล้วในจุดที่เราต้องการให้พวกมันทำหน้าที่เป็นไฟส่องสว่าง พวกมันอยู่รอดและคงอยู่ได้ในสภาพอากาศที่แตกต่างกัน พวกมันมีแหล่งน้ำเป็นของตนเอง และพวกมันยังทำทั้งหมดข้างต้นอย่างอิสระ
พืชพรรณที่ไม่ธรรมดา
สิ่งที่เรียกว่า "พืชนาโนไบโอนิก" เป็นสาขาการวิจัยใหม่ที่ส่งเสริมโดยห้องปฏิบัติการของ Strano ซึ่งรวมเอาพืชต่างๆ ประเภทของอนุภาคนาโนและโรงงานวิศวกรรมเพื่อทำหน้าที่หลายอย่างที่ดำเนินการโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน
จากข้อมูลของ MIT ทีมงานของ Strano ได้ใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อออกแบบโรงงานที่สามารถตรวจจับวัตถุระเบิดและส่งข้อมูลนั้นไปยังสมาร์ทโฟนได้ เช่นเดียวกับผักที่มีเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ในใบไม้ที่ตอบสนองเมื่อเตือนเมื่อระดับน้ำต่ำ
นักวิทยาศาสตร์ของหน่วยงานยังได้พัฒนาพืชนาโนไบโอนิกที่สามารถจับพลังงานแสงได้มากกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ ใส่ท่อนาโนคาร์บอนเข้าไปในเซลล์ที่สังเคราะห์แสง และทำให้สามารถตรวจจับมลพิษ เช่น ก๊าซไนตริกออกไซด์
ก่อนหน้านี้ ทีมงานของศาสตราจารย์ Strano ได้พัฒนาพืชนาโนไบโอนิกที่มีการสังเคราะห์แสงขั้นสูงและความสามารถในการตรวจจับก๊าซที่ปนเปื้อน วัตถุระเบิด และสภาวะแห้งแล้ง
«แสงสว่างซึ่งคิดเป็นประมาณร้อยละ 20 ของการใช้พลังงานทั่วโลกเป็นหนึ่งในเป้าหมายเชิงตรรกะสำหรับเทคโนโลยีโรงงานที่เฉพาะเจาะจงเหล่านี้” Strano กล่าว โดยสังเกตว่า “พืชสามารถซ่อมแซมตัวเอง มีพลังงานในตัวเอง และปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมภายนอกได้
ในการสร้างพืชเรืองแสง ทีมงานของ MIT หันมาใช้เอนไซม์ลูซิเฟอเรส (Luciferase) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ทำให้หิ่งห้อยเรืองแสงได้ ลูซิเฟอเรสทำหน้าที่ในโมเลกุลที่เรียกว่าลูซิเฟอริน ทำให้มันเปล่งแสง ในขณะที่อีกโมเลกุลหนึ่งเรียกว่าโคเอ็นไซม์ เอ ช่วยในกระบวนการนี้โดยการกำจัดผลพลอยได้จากปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ลูซิเฟอริน
อนุภาคนาโนและผักภายใต้ความดันสูง
ทีมงานของ MIT ได้บรรจุส่วนประกอบทั้งสามนี้ให้เป็นอนุภาคนาโนพาหะประเภทต่างๆ ที่ทำจากวัสดุประเภทต่างๆ ที่ "ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย" โดยสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (FDA) ตราสัญลักษณ์ของ MIT เรืองแสงประทับอยู่บนใบจรวดซึ่งผสมด้วยอนุภาคนาโน
จากข้อมูลของทีมงานของ Strano อนุภาคนาโนเหล่านี้ช่วยให้ส่วนประกอบแต่ละส่วนเข้าถึงส่วนที่ถูกต้องของพืชและ พวกมันป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบเหล่านั้นมีความเข้มข้นที่อาจเป็นพิษต่อพืช
ตามที่ผู้เขียนของการศึกษาที่ได้รับทุนสนับสนุนจากกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา นักวิจัยใช้อนุภาคนาโนซิลิกาเพื่อขนส่งลูซิเฟอเรส และอนุภาคขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อยของโพลิเมอร์ PLGA และไคโตซานเพื่อขนส่งลูซิเฟอร์รินและโคเอนไซม์ เอ ตามลำดับ
ในการฝังอนุภาคนาโนพาหะลงในใบพืช นักวิจัยระงับอนุภาคนาโนในสารละลายของเหลวก่อน จากนั้นจุ่มพืชลงในของเหลว และสุดท้ายใช้แรงดันสูงกับพืชเพื่อบังคับให้อนุภาคเข้าไปในใบผ่านรูเล็กๆ ที่เรียกว่าปากใบ เอ็มไอที
ในช่วงเริ่มต้นของโครงการ นักวิจัยได้ผลิตพืชที่ พวกเขาเรืองแสงเป็นเวลาประมาณ 45 นาทีและตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาก็ได้ทำให้กระบวนการนี้สมบูรณ์แบบเพื่อให้เรืองแสงเป็นเวลา 3,5 ชั่วโมง
ปัจจุบัน ต้นอ่อนของเครสขนาด 10 เซนติเมตรผลิตแสงได้ประมาณหนึ่งในพันของปริมาณแสงที่จำเป็นในการอ่าน แต่นักวิจัยเชื่อว่าพวกมันสามารถเพิ่มทั้งปริมาณแสงที่เปล่งออกมาและระยะเวลาของพลังงานแสงนี้ได้โดยการปรับอัตราให้เหมาะสมยิ่งขึ้น
ลูซิเฟอเรสทำหน้าที่ในโมเลกุลที่เรียกว่าลูซิเฟอรินและบังคับให้มันเรืองแสง โมเลกุลที่เรียกว่าโคเอ็นไซม์เอมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้ด้วยซึ่งทำให้ง่าย
ส่วนประกอบแต่ละอย่างเหล่านี้ถูกขนส่งด้วยอนุภาคนาโน ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าพวกมันจะไปถูกที่และป้องกันไม่ให้ไปรวมกันที่จุดใดจุดหนึ่ง ซึ่งอาจเป็นพิษต่อพืชได้ นักวิจัยสามารถทำให้พืชเรืองแสงได้ประมาณสามชั่วโมงครึ่ง
และแม้ว่าแสงที่ได้รับจะค่อนข้างสลัว แต่พวกเขาเชื่อว่าเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความเข้มและระยะเวลาของแสง ซึ่งแตกต่างจากการทดลองก่อนหน้านี้ ซึ่งสามารถทำให้พืชบางประเภทเรืองแสงได้ผ่านกระบวนการที่ซับซ้อนกว่ามาก วิธีการที่นักวิจัยของ MIT พัฒนาขึ้นสามารถนำไปใช้กับพืชประเภทใดก็ได้
ฉันหวังว่าด้วยข้อมูลนี้ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพืชเรืองแสงและลักษณะเฉพาะของมัน