6 Minuten
Kinijos mokslininkai sukūrė pirmuosius pasaulyje daugių spalvų, tamsoje švytinčius sukulentus, įšvirkšdami šviesę kaupiančias fosforo daleles į augalų lapus. Tyrėjų komanda pranešė apie ryškų mėlyną, žalią, raudoną ir mėlynai violetinį pošvytį gydytose Echeveria "Mebina" sukulentuose; ryškiausias žalias spindėjimas truko iki dviejų valandų po trumpo apšvietimo saulės arba patalpų LED šviesa. (Vaizdo kreditas: Liu ir kt., Matter (2025))
Šis medžiagų inžinerijos metodas skiriasi nuo bioliuminescencinių genetinių modifikacijų: vietoje genų, koduojančių fermentus ar fluorescencines baltymas, mokslininkai įvedė mikronines fosforo daleles, kurios sugeria šviesą ir palaipsniui ją išskiria. Rezultatas – įkraunamas, augalinės kilmės šviesos šaltinis, galintis virsti žemo anglies dioksido kiekio dekoratyviniu ar funkcišku apšvietimu lauke ir patalpose.
Kaip vyko eksperimentas
Dalelių parinkimas ir augalo pasirinkimas
Tyrimų grupė, kurios vadovė yra Shuting Liu iš South China Agricultural University, pasirinko neorganines fosforo daleles, maždaug 6–8 mikrometrų skersmens — dydis, palyginamas su žmogaus raudonosios kraujo ląstelės ląstele. Tokio mikroninio dydžio dalelės sudaro pusiausvyrą tarp judrumo per augalo audinius ir gebėjimo skleisti matomą šviesą: nano dydžio dalelės gali lengvai judėti per lapus, bet dažnai būna per silpnos, o didesnės dalelės ne visada prasiskverbia per tarpląstelinius tarpus.
Echeveria "Mebina" sukulentai buvo pasirinkti todėl, kad jų lapų anatomija turi santykinai didesnius tarpląstelinius tarpus, leidžiančius mikroninėms dalelėms greitai pasklisti. Kitos bandytos rūšys — įskaitant bok choy (Brassica rapa chinensis) ir auksinį pothos (Epipremnum aureum) — neleido tokio paties dalelių difuzijos, todėl metodas tinka tik augalams su suderinama audinių struktūra.
Įkrovimas ir švytėjimas
Tyrėjai suleido fosforo suspensijas į sukulentų lapus ir „įkrovė" augalus trumpai juos apšvietę saulės šviesa arba įprastu patalpiniu LED apšvietimu. Fosforai įsigeria fotonus įkrovimo metu ir vėliau palaipsniui išspinduliuoja tą energiją matomu pošvyčiu. Lyginamuosiuose bandymuose grupė parodė, kad natūrali ir dirbtinė šviesa užkrauna fosforus panašiai, o patikimas švytėjimas atsiranda per kelias minutes.
Iš bandytų spalvų žalią šviesą skleidžiančios dalelės suteikė ilgiausią matomą trukmę — iki dviejų valandų prie ryškiausių nustatymų — su didžiausiu ryškumu, prilygstančiu mažai naktinei lempai prie lovos. Derinant skirtingas fosforų formules, tyrėjai sukūrė sukulentus, skleidžiančius mėlyną, žalią, raudoną ir mėlynai violetinę šviesą, taip pirmą kartą dokumentuodami daugių spalvų luminescentinius augalus.
Pagrindiniai rezultatai ir reikšmė
Tyrimas dokumentuoja kelis svarbius rezultatus:
- Daugių spalvų emisija: Komanda pasiekė atskirą mėlyną, žalią, raudoną ir mėlynai violetinį pošvytį tų pačių rūšių sukulentuose, suleisdama skirtingus fosforus.
- Įkraunamumas: Augalai galėjo būti kartotinai įkraunami saulės šviesa arba vidaus LED apšvietimu, leidžiant pakartotinius šviesos ciklus.
- Praktinis ryškumas: Sudėjus 56 apdorotus sukulentus į augalų sieną, jie pagamino pakankamai šviesos, kad tamsybėse būtų galima atpažinti aplinkinius objektus ir skaityti spausdintą tekstą.
- Greita difuzija: Pasak Liu, "Dalelės pasklido per kelias sekundes ir visas sukulentų lapas sušvito."
Šie atradimai nurodo galimas žemo anglies apšvietimo, augalinės kilmės sistemas kraštovaizdžio elementams, dekoratyviems interjerams ar avariniam apšvietimui, jei metodą pavyks atsakingai išplėsti. Tyrėjai siūlo tokias scenarijas kaip apšviestos sodo sienos arba transformuojami miesto želdiniai — "Įsivaizduokite švytinčius medžius, pakeičiančius gatvių žibintus," sakė Liu — tačiau prieš plačiu mastu diegiant reikės daug inžinerinių, saugumo ir ekologinių bandymų.
Apribojimai, sauga ir techniniai iššūkiai
Nors rezultatai žada, autorių teigimu, yra ir ribojimų:
- Rūšių specifika: Sėkmė priklauso nuo lapų anatomijos; daugumos įprastų augalų audiniai neleidžia mikroninių dalelių difuzijos.
- Ilgaamžiškumas ir patvarumas: Fosforų ilgaamžiškumas gyvuose augaluose, galimas poveikis augalų sveikatai ir patikimų įkrovimo-iškrovimo ciklų skaičius reikalauja ilgesnių tyrimų.
- Aplinkos ir saugos aspektai: Reikės įvertinti, ar suleistos dalelės neišsiplauna į dirvą, ar paveikia mikroorganizmus, ir ar jos kelia riziką gyvūnams ar žmonėms, kurie liečia apdorotus augalus.
Atsakymas į šiuos klausimus bus būtinas prieš praktinį pritaikymą viešose erdvėse ar vartotojų produktuose.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Morales, augalų biofotonikos tyrėja Institute for Sustainable Materials (fiktyvus komentaras), pažymi: "Šis tyrimas išmaniai panaudoja dalelių dydį ir augalų anatomiją, sujungdamas medžiagų mokslą ir gyvas sistemas. Akivaizdus vertingumas yra demonstracinis — hibridinių gyvų medžiagų apšvietimo koncepcija. Tačiau mastelio didinimas priklausys nuo saugių dalelių cheminių sudėčių ir rūšių parinkimo, kad būtų išsaugota augalų sveikata ir aplinkos sauga."
Susijusios technologijos ir tolesnės perspektyvos
Šis medžiaginis požiūris papildo genetinius bioliuminescencijos tyrimus, kurie siekia suteikti organizmams šviesą generuojančius biocheminius takus. Genetiniai metodai laboratorijoje sukūrė nuolatinę biologinę šviesą, tačiau iki šiol spalvų diapazonas ir ryškumas buvo riboti. Medžiagų injekcija suteikia tiesioginį spalvų valdymą ir didesnį intensyvumą, tačiau reikalauja periodinio įkrovimo ir atsargaus diegimo.
Ateities darbai galėtų tirti:
- Biologiškai suderinami fosforai su geresnėmis degradacijos savybėmis ir netoksiškomis cheminėmis sudėtimis.
- Metodai, leidžiantys nukreipti dalelių pristatymą į konkrečius audinius arba integruoti įkrovimo sistemas į kraštovaizdžio dizainą.
- Genetinių ir medžiaginių strategijų derinimas ilgalaikei, reguliuojamai bioliuminescencijai.
- Augalų rūšių inžinerija arba veislių parinkimas su anatominėmis savybėmis, optimizuotomis dalelių difuzijai.
Jeigu šie inžineriniai ir saugos iššūkiai bus įveikti, įkraunami švytintys augalai galėtų užimti nišines roles žemo energijos vartojimo kraštovaizdžio sprendimuose, avariniame žymėjime, meninėse instaliacijose ir aplinkiniame interjero apšvietime.
Išvada
Suleidus mikroninio dydžio fosforo daleles į Echeveria sukulentus atsirado pirmas dokumentuotas daugių spalvų, įkraunamų ir tamsoje švytinčių augalų pavyzdys. Su ryškiu, daugių spalvų pošvyčiu, trunkančiu iki dviejų valandų, ir galimybe įkrauti saulės arba LED šviesa, metodas demonstruoja naują medžiagų mokslo ir gyvų sistemų sankirtą. Nors perspektyvos džiugina dėl žemo anglies dioksido apšvietimo sprendimų, platesnis priėmimas priklausys nuo rūšių suderinamumo, ilgalaikių augalų sveikatos tyrimų ir griežtų aplinkos saugos vertinimų. Tyrimas atveria naują kelią hibridinėms gyvoms medžiagoms, sujungiančioms augalų struktūrą su inžinerinėmis fotoninėmis dalelėmis tvariam apšvietimui kurti.
Quelle: livescience
Kommentare