어두울 때 불을 켜는 대신 책상 위의 빛나는 식물을 통해 읽을 수 있다고 상상해보십시오. 이것은 어떤 경험입니까?
MIT(Massachusetts Institute of Technology) 엔지니어들은 이 비전을 실현하는 과정에서 중요한 첫 걸음을 내디뎠습니다. 엔지니어들은 물냉이 잎에 특수 나노 입자를 이식하여 거의 4시간 동안 물냉이를 빛나게 했습니다. 그들은 추가적인 최적화를 통해 이 빛나는 식물이 언젠가는 작업 공간을 밝히기에 충분할 것이라고 믿습니다.
MIT 화학공학과 교수이자 이번 연구의 수석 저자인 Michael Strano는 그들의 아이디어는 책상 램프로 사용할 수 있는 식물을 만드는 것이라고 말했습니다. 궁극적으로 작물 자체에서 나옵니다. 에너지 대사.
연구원은 이 기술이 저조도 실내 조명을 제공하거나 나무를 자체 공급 회로 조명으로 바꾸는 데에도 사용할 수 있다고 말했습니다.
Strano는 조명이 전 세계 에너지 소비의 약 20%를 차지하며 식물은 스스로 수리하고 자체 에너지를 보유하고 외부 환경에 적응할 수 있다고 말했습니다. 그들은 때가 무르익었다고 믿습니다.
Strano 연구소에서 만든 새로운 연구 분야는 식물 나노바이오닉스(Plant nanobionics)라고 하며, 식물에 다양한 유형의 나노 입자를 이식하여 식물에 새로운 특성을 부여하는 것을 목표로 합니다. 팀'목표는 전기 설비가 제공하는 많은 기능을 대체하기 위해 식물을 변환하는 것입니다. 이전에 연구자들은 폭발물을 감지하고 스마트폰으로 정보를 전송할 수 있는 식물과 가뭄 상태를 모니터링할 수 있는 식물을 설계했습니다.
반딧불이를 빛나게 하는 효소는 루시페라아제라고 합니다. 발광 식물을 만들기 위해 MIT 팀은 이 효소에 주목했습니다. 루시페라아제는 루시페린이라는 분자에 작용하여 루시페린이 빛을 방출하도록 합니다. 조효소 A(조효소 A)라고 하는 또 다른 분자는 루시페라제의 활성을 억제할 수 있는 반응의 부산물을 제거하여 발광 과정을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
연구팀은 이 세 가지 구성 요소를 서로 다른 유형의 나노 입자 운반체에 포장했습니다. 이 나노 입자는 모두 미국 식품의약국(FDA)에서&"일반적으로 안전한 것으로 간주되는 &"로 분류된 재료로 만들어졌습니다. 각 성분이 식물의 올바른 부분에 도달하도록 도와줍니다. 나노 입자는 또한 이러한 구성 요소가 식물에 독소를 생성할 수 있는 농도에 도달하는 것을 방지할 수 있습니다.
연구진은 직경이 약 10나노미터인 실리카 나노입자를 사용하여 루시페라제를 운반한 다음 약간 더 큰 중합체 PLGA(중합체 PLGA)와 키토산 입자(키토산)를 사용하여 각각 루시페린과 조효소를 운반했습니다. A. 이 입자가 식물 잎에 들어갈 수 있도록 하기 위해 연구자들은 먼저 이 입자를 용액에 현탁시킨 다음 용액에 식물을 담그고 고압에 노출시켜 입자가 작은 구멍(기공)을 통해 잎에 들어가게 합니다. ).
루시페린과 조효소 A를 방출하는 입자는 엽육의 세포외 공간(즉, 잎의 안쪽 층)에 축적되는 반면, 루시페라제를 운반하는 작은 입자는 엽육을 구성하는 세포로 들어갑니다. PLGA 입자가 점차적으로 루시페린을 방출한 후, 루시페린은 식물 세포에 들어가고, 루시페라아제는 세포 내에서 화학적으로 반응하여 루시페린이 빛을 방출하도록 합니다.
연구팀이 만든 식물은 처음에 약 45분 동안 빛을 발했다. 개선 후 글로우 시간이 3.5시간으로 늘어났습니다. 10cm 크기의 물냉이 묘목은 현재 독서에 필요한 빛의 양의 1000분의 1을 생산하지만, 연구진은 각 성분의 농도와 방출 속도를 추가로 최적화하면 빛의 양을 늘리고 발광 시간을 늘릴 수 있다고 믿는다. 연장되다.
이전에는 발광 식물의 생산이 유전자 조작 식물에 의존했지만, 이는 번거로운 과정이었고 방출되는 빛이 매우 약했습니다. 또한 이러한 연구는 모두 식물 유전 연구에 자주 사용되는 담배와 애기장대에 대해 수행됩니다. 그러나 MIT 연구팀이 개발한 방법은 모든 종류의 식물에 적용할 수 있다. 현재 그들은 물냉이 외에도 arugula, 케일 및 시금치로 이것을 입증했습니다.
미래에 MIT는 나무와 다른 큰 식물을 광원으로 만들기 위해 식물 잎에 나노 입자를 코팅하거나 분무하는 방법을 개발하기를 희망합니다.
Strano는 식물이 유묘 또는 성숙한 식물일 때 기술적 처리를 수행하고 식물의 수명 주기 동안 계속해서 역할을 하도록 할 것이라고 밝혔습니다.
연구팀은 또 형광물질을 함유한 나노입자를 첨가해 광원을 끄는 방법도 시연해 환경(태양광 등) 변화에 따라 광원을 끌 수 있는 식물을 만드는 데 도움을 줬다.
이번 연구는 미국 에너지부로부터 재정 지원을 받은 것으로 알려졌다.
