Вражаюча біотехнологія: дослідники створили перші зразки живих вуличних освітлювальних приладів.

Вчені в Китаї створили різноколірні сукуленти, що світяться в темряві. Для цього вони ввели в листя рослин кольорові частинки-фосфори, що поглинають світло, а потім поступово його вивільняють, що змушує рослини доволі довго світитися.

Цю інформацію повідомляє Live Science.

Науковці повідомляють, що це перші у світі різнокольорові рослини з світловим ефектом, які мають відтінки синього, зеленого, червоного та синьо-фіолетового кольорів. Нове дослідження показало, що ці люмінесцентні сукуленти здатні світитися до двох годин, що перевищує характеристики інших відомих подібних рослин, які були створені шляхом матеріальної інженерії.

На думку вчених, цей винахід прокладає шлях до розробки екологічного освітлення, що базується на рослинних матеріалах, яке можна застосовувати як в закритих приміщеннях, так і на відкритому просторі.

"Уявіть собі дерева, які випромінюють світло замість традиційних вуличних ліхтарів. Лише за кілька секунд частинки розпорошилися, і весь лист сукулента засяяв", – зазначив у своїй заяві провідний автор дослідження, науковець з Південнокитайського сільськогосподарського університету Шутін Лю.

Вчені вже створювали рослини, що світяться в темряві, як за допомогою генної, так і матеріальної інженерії. Методи генної інженерії використовують гени біолюмінесценції, які вже існують у деяких рослинах, наприклад, у фітопланктоні. Однак ці гени мають обмежений, переважно зелений, колірний діапазон, що суттєво обмежує їх застосування.

Методи матеріальної інженерії включають інтеграцію світловипромінювальних частинок у листя рослин для створення ефекту світіння. Проте до цього часу такі технології забезпечували лише слабке світло, яке швидко зникало. Для досягнення яскравої люмінесценції ці частинки мають бути достатньо малими, щоб безперешкодно розподілятися в рослинних тканинах, але водночас достатньо великими, щоб видавати видиме сяйво.

Раніше проведені дослідження, що включали наночастинки, витягнуті з люциферази світлячків — ферменту, відповідального за біолюмінесценцію в цих комах — демонстрували лише незначне світіння, яке швидко зникало протягом 30 хвилин.

Для свого нового дослідження Лю та її колеги використовували світловипромінювальні частинки фосфору, які були приблизно шириною з людський еритроцит (від 6 до 8 мікрометрів). За словами Лю, частинки розміром у мікрометр були досить великими, щоб випромінювати сильне світіння, вільно переміщаючись по рослині.

"Менші, наномасштабні частинки простіше переміщуються в межах рослини, проте вони менш яскраві," — зазначив він.

Частинки розміром у мікрометр виявилися придатними для сукулентів, проте не підходили для інших досліджуваних рослин, таких як китайська капуста (Brassica rapa chinensis) та золотий потос (Epipremnum aureum). У дослідженні використовували сукуленти Echeveria "Mebina", що вирізняються своїми синьо-зеленими листям з червоними кінчиками. На відміну від китайської капусти та золотого потоса, ці сукуленти мають значно більші клітинні проміжки, що забезпечує вільний рух мікронних частинок у рослині.

Науковці провели експеримент, в якому вони впровадили фосфорні частинки в листя Echeveria "Mebina" та піддавали рослини зарядженню під сонячними променями або під світлом кімнатних світлодіодів на кілька хвилин. У результаті обидва методи призводили до однакового ефекту післясвітіння. Найяскравіше світіння спостерігалося у зелених частинок: рослини випромінювали світло до двох годин, а в найбільш інтенсивні моменти їхнє світіння могло зрівнятись з невеликим нічником.

Команда дослідників представила унікальні різноколірні люмінесцентні рослини, впровадивши у листя сукулентів частинки фосфору синіх, зелених, червоних та синьо-фіолетових відтінків. Крім того, вони створили конструкцію з 56 сукулентів, яка випромінювала настільки яскраве світло, що дозволяло розглядати навколишні предмети та навіть читати текст під їхнім сяйвом.

"Я вражений тим, як штучно створений матеріал на мікроскопічному рівні може настільки гармонійно зливатися з природною структурою рослин. Їхня інтеграція виглядає просто чарівно," — зазначив Лю.

У перспективі люмінесцентні сукуленти можуть стати екологічно чистим варіантом освітлення з низьким викидом вуглецю. Вчені прагнуть досягти аналогічного ефекту і в інших рослинних видах, які зможуть накопичувати енергію від сонця, подібно до батарей, забезпечуючи при цьому як естетичне, так і функціональне освітлення.

"Цей процес простий, економічно ефективний і досягає люмінесценції протягом 10 хвилин, що відкриває шлях для практичного застосування в освітленні на основі рослин", -- написали науковці у своєму дослідженні.