Thử tưởng tượng thay vì bật đèn khi trời tối, bạn có thể đọc sách dưới ánh sáng của cây phát sáng trên bàn làm việc, hay đi dạo dưới ánh sáng của cây sáng thay vì đèn điện. Các cây phát sáng Nó luôn là đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học.
Vì lý do này, chúng tôi sẽ dành bài viết này để cho bạn biết thực vật phát sáng là gì và có những nghiên cứu nào về nó.
Nghiên cứu về cây phát sáng
Các kỹ sư từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge (Massachusetts, Hoa Kỳ) đã thực hiện những bước cơ bản đầu tiên để làm sống động viễn cảnh mà ngày nay dường như đã biến mất khỏi các câu chuyện khoa học viễn tưởng.
Một nhóm do Tiến sĩ Michael Strano, một giáo sư nổi tiếng về kỹ thuật hóa học tại Viện Công nghệ Massachusetts, dẫn đầu, đã kết hợp một loạt các hạt nano đặc biệt (hạt siêu nhỏ) vào lá của cây cải xoong, khiến chúng phát ra ánh sáng mờ trong gần bốn giờ.
Các nhà nghiên cứu tin rằng khi họ quản lý để tối ưu hóa công nghệ nano này, các nhà máy sẽ trở nên đủ sáng để chiếu sáng không gian làm việc. Một nhóm tại Viện Công nghệ Massachusetts đã phát triển loại cây có thể phát sáng trong gần 4 giờ và chiếu sáng các trang sách ở cự ly gần.
Công nghệ này cũng có thể được sử dụng để cung cấp ánh sáng trong nhà cường độ thấp hoặc biến cây xanh thành đèn đường tự động.
Ưu điểm của cây phát sáng
Ưu điểm và lợi ích chính của việc sử dụng cây phát sáng để chiếu sáng nội thất và đường phố là gì? Thiết kế thực vật sống để phát ra ánh sáng nhìn thấy được và chiếu sáng bền vững là điều hấp dẫn vì thực vật có cơ chế tạo và lưu trữ năng lượng độc lập.
Thực vật âm tính gấp đôi carbon, điều đó có nghĩa là chúng tiêu thụ CO2 bằng cách tạo ra nhiên liệu và bản thân chúng là sản phẩm của quá trình cô lập carbon (chuyển hóa CO2 thành hợp chất hữu cơ) trong khí quyển. Các nhà nghiên cứu cho biết, khi kỹ thuật này được tối ưu hóa, chúng sẽ có thể chiếu sáng toàn bộ không gian làm việc hoặc được sử dụng cho chiếu sáng công cộng.
Thực vật là giải pháp tối ưu trong hệ thống chiếu sáng sinh học bền vững, không phụ thuộc vào bất kỳ cơ sở hạ tầng nào của con người và thích nghi tốt với môi trường ngoài trời. Chúng tự sửa chữa, chúng đã tồn tại ở nơi chúng ta muốn chúng hoạt động như đèn điện, chúng tồn tại và bền bỉ trong các điều kiện thời tiết khác nhau, chúng có nguồn nước riêng và chúng cũng tự làm tất cả những việc trên.
Thảm thực vật khác thường
Cái gọi là "thực vật nano" là một lĩnh vực nghiên cứu mới được thúc đẩy bởi phòng thí nghiệm của Strano, trong đó chúng kết hợp các các loại hạt nano và các nhà máy kỹ thuật để đảm nhận nhiều chức năng hiện được thực hiện bởi các thiết bị điện tử.
Theo MIT, nhóm của Strano đã áp dụng công nghệ này để thiết kế các loại cây trồng có thể phát hiện chất nổ và truyền thông tin đó đến điện thoại thông minh, cũng như các loại rau có cảm biến điện tử trong lá phản ứng khi cảnh báo khi mực nước thấp.
Các nhà khoa học của cơ quan cũng đã phát triển một loại cây sinh học nano có khả năng thu hơn 30% năng lượng ánh sáng, đưa các ống nano cacbon vào các tế bào tạo ra quá trình quang hợp và giúp phát hiện các chất ô nhiễm như khí oxit nitric.
Nhóm của Giáo sư Strano trước đây đã phát triển các loại cây sinh học nano với khả năng quang hợp tăng cường và khả năng phát hiện khí ô nhiễm, chất nổ và điều kiện hạn hán.
«Chiếu sáng, chiếm khoảng 20% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu, là một trong những mục tiêu hợp lý cho những công nghệ thực vật rất cụ thể này,” Strano nói, lưu ý rằng “Thực vật có thể tự sửa chữa, có năng lượng riêng và đã thích nghi với môi trường bên ngoài.
Để tạo ra những loài thực vật phát sáng, nhóm MIT đã sử dụng luciferase, loại enzym làm cho đom đóm phát sáng. Luciferase tác động lên một phân tử gọi là luciferin, khiến nó phát ra ánh sáng, trong khi một phân tử khác gọi là coenzym A hỗ trợ quá trình này bằng cách loại bỏ sản phẩm phụ của phản ứng sinh hóa ức chế hoạt động của enzym luciferin.
Hạt nano và rau quả dưới áp suất cao
Nhóm MIT đã đóng gói từng thành phần trong số ba thành phần này thành các loại hạt nano mang khác nhau được làm từ các vật liệu được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phân loại là "thường được công nhận là an toàn". Biểu tượng nhà máy phát sáng của MIT được in trên các cánh tên lửa, được truyền hỗn hợp các hạt nano.
Theo nhóm của Strano, những hạt nano này giúp mỗi thành phần tiếp cận đúng bộ phận của cây và chúng ngăn không cho các thành phần đó đạt đến nồng độ có thể gây độc cho chính cây trồng.
Theo các tác giả của nghiên cứu do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tài trợ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các hạt nano silica để vận chuyển luciferase và các hạt polyme PLGA và chitosan lớn hơn một chút để vận chuyển luciferin và coenzym A, tương ứng.
Để kết hợp các hạt nano mang vào lá cây, trước tiên, các nhà nghiên cứu treo các hạt nano trong dung dịch lỏng, sau đó nhấn chìm cây trong chất lỏng và cuối cùng tác dụng áp suất cao lên cây để đẩy các hạt vào lá thông qua các lỗ nhỏ gọi là khí khổng. MIT.
Khi bắt đầu dự án, các nhà nghiên cứu đã sản xuất các loại cây trồng Chúng phát sáng trong khoảng 45 phút và kể từ đó đã hoàn thiện quy trình để làm cho chúng phát sáng trong 3,5 giờ.
Hiện tại, một cây cải xoong 10 cm tạo ra khoảng một phần nghìn lượng ánh sáng cần thiết để đọc, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng họ có thể tăng cả lượng ánh sáng phát ra và thời lượng của năng lượng ánh sáng này bằng cách tối ưu hóa hơn nữa tốc độ.
Luciferase tác động lên một phân tử gọi là luciferin và khiến nó phát sáng. Một phân tử gọi là coenzym A cũng tham gia vào quá trình này., mà làm cho nó dễ dàng.
Mỗi thành phần này được mang bởi một hạt nano, đảm bảo chúng đến đúng nơi và ngăn không cho chúng tập trung ở một nơi cụ thể, điều này có thể gây độc cho cây trồng. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng làm cho cây phát sáng trong khoảng ba tiếng rưỡi.
Và mặc dù ánh sáng họ nhận được tương đối mờ, nhưng họ tin rằng có thể tăng cường độ và thời lượng của ánh sáng. Không giống như các thí nghiệm trước đây vốn cố gắng làm cho các loại thực vật cụ thể phát sáng thông qua một quy trình phức tạp hơn nhiều, phương pháp do các nhà nghiên cứu MIT phát triển có thể áp dụng cho bất kỳ loại thực vật nào.
Mong rằng với những thông tin này bạn có thể hiểu thêm về cây phát sáng là gì và đặc điểm của chúng.