6 Minutės
Kinijos mokslininkai sukūrė pirmuosius pasaulyje daugiaspalvius, tamsoje švytinčius sukulentus, į lapus injekcijomis įvedę šviesą kaupiančias fosforo daleles. Tyrėjai pranešė apie ryškius mėlynus, žalius, raudonus ir mėlynai violetinius spindesius Echeveria "Mebina" sukulentuose; ryškiausias žalias švytėjimas truko iki dviejų valandų po trumpalaikio apšvietimo saulės arba vidaus LED šviesa. (Nuotraukos kreditas: Liu ir kt., Matter (2025))
Šis medžiagų inžinerijos metodas skiriasi nuo bioliuminescencinių genetinių modifikacijų: vietoj genų, koduojančių fermentus ar fluorescencinius baltymus, tyrėjai įvedė mikroninio dydžio fosforo daleles, kurios sugeria šviesą ir palaipsniui ją išskiria. Rezultatas – įkraunamas augalinis šviesos šaltinis, galintis papildyti mažo anglies dioksido apimties dekoratyvaus ir funkcinio apšvietimo sprendimus tiek lauke, tiek patalpose.
Kaip vyko eksperimentas
Dalelių atranka ir augalų pasirinkimas
Tyrimų grupė, vadovaujama Shuting Liu iš South China Agricultural University, pasirinko netirpių neorganinių fosforo dalelių, maždaug 6–8 mikrometrų skersmens — dydis, panašus į žmogaus raudonojo kraujo ląstelės skersmenį. Tokios mikroninės dalelės užtikrina pusiausvyrą tarp gebėjimo judėti per augalo audinį ir gebėjimo skleisti matomą šviesą: nano dydžio dalelės gali lengvai migruoti per lapus, bet dažniau būna per blankios, o didesnės dalelės dažnai neprasiskverbia per tarpšūnines erdves.
Echeveria "Mebina" sukulentai buvo pasirinkti dėl jų lapų anatomijos, kurioje yra palyginti didelės tarpšūninės ertmės, leidžiančios mikroninėms dalelėms greitai išsisklaidyti. Kitos bandytos rūšys — įskaitant bok choy (Brassica rapa chinensis) ir auksinį pothosą (Epipremnum aureum) — neleido tokiam pat dalelių difuzijai, todėl metodas tinka tik augalams su suderinama audinių struktūra.
Įkrovimas ir švytėjimas
Tyrėjai injekcijomis įvedė fosforų suspensijas į sukulentų lapus ir „įkrovė“ augalus, trumpam juos apšvietę saulės arba standartine vidaus LED šviesa. Fosforai įkraunami absorbuodami fotonus ir vėliau palaipsniui išskirdami šią energiją kaip matomą persmelkiantį spindesį. Lyginamųjų bandymų metu komanda parodė, kad natūralūs ir dirbtiniai šviesos šaltiniai įkrauna efektyviai, o švytėjimas pasireiškė per kelias minutes.
Iš bandytų spalvų žalią spindesį skleidžiančios dalelės nustatė ilgiausią matomą trukmę — iki dviejų valandų esant ryškiausiems nustatymams — o pikinis ryškumas buvo palyginamas su mažu naktiniu šviestuvu. Derindami skirtingas fosforų sudėtis, tyrėjai sukūrė sukulentus, skleidžiančius mėlyną, žalią, raudoną ir mėlynai violetinę šviesą, taip dokumentuodami pirmuosius daugiaspalvius švytinčius augalus.
Svarbiausi rezultatai ir reikšmė
Tyrimas fiksuoja kelis svarbius rezultatus:
- Daugiaspalvis spindesys: komandai pavyko sukelti atskirus mėlynus, žalius, raudonus ir mėlynai violetinius švytėjimus vienos rūšies sukulentuose injekuojant skirtingus fosforus.
- Pakartotinis įkrovimas: augalai buvo įkraunami daugybę kartų naudojant saulės arba vidaus LED šviesą, leidžiant pakartotinius švytėjimo ciklus.
- Praktinis ryškumas: sukonstruota augalų siena iš 56 apdorotų sukulentų pagamino tiek šviesos, kad tamsoje būtų galima atpažinti netoliese esančius daiktus ir skaityti spausdintą tekstą.
- Greita difuzija: pasak Liu, „Dalelės išsisklaidė per kelias sekundes, ir visas sukulento lapas ėmė švytėti.“
Šie rezultatai rodo potencialą kurti mažo anglies dioksido pėdsako, augalinės kilmės apšvietimo sistemas kraštovaizdžio elementams, interjero dekoro sprendimams ir avarinio apšvietimo poreikiams, jei metodą pavyks atsakingai pritaikyti ir išplėsti. Tyrėjai siūlo tokias scenarijas kaip apšviestos sodų sienos ar transformuojantys miesto želdiniai — „Įsivaizduokite, kad švičiantys medžiai pakeičia gatvių apšvietimą,“ sakė Liu — tačiau prieš plačiai diegiant reikalingi reikšmingi inžineriniai, saugumo ir ekologiniai tyrimai.
Apribojimai, saugumas ir techniniai iššūkiai
Nors metodas yra perspektyvus, autoriai pripažįsta jo ribotumus:
- Rūšių specifika: sėkmė priklauso nuo lapų anatomijos; daugeliui įprastų augalų mikroninių dalelių difuzija nėra įmanoma.
- Ilgaamžiškumas ir patvarumas: reikia išsamesnių tyrimų, kad būtų nustatyta fosforų ilgalaikė išlikimo trukmė gyvuose augaluose, jų poveikis augalų sveikatai ir patikimų įkrovimo/iškrovimo ciklų skaičius.
- Aplinkos ir saugumo klausimai: būtina įvertinti, ar injekuotos dalelės neišplaunamos į dirvą, ar jos neįtakoja mikroorganizmų, bei ar jos kelia riziką gyvūnams ar žmonėms, dirbantiems su apdorotais augalais.
Atsakymas į šiuos klausimus bus esminis prieš pritaikant praktiškus sprendimus viešosiose erdvėse ar vartotojų produktuose.
Ekspertų įžvalga
Dr. Elena Morales, augalų biofotonikos tyrėja Institute for Sustainable Materials (fiktyvus komentaras), pažymi: „Šis tyrimas išradingai sieja dalelių dydį ir augalo anatomiją, sujungdamas medžiagų mokslą su gyvomis sistemomis. Labiausiai vertinga tai, kad tai veikia kaip hibridinių gyvų medžiagų apšvietimo demonstratorius. Tačiau mastelio didinimas priklausys nuo saugių dalelių cheminių sudėčių ir rūšių atrankos, kad būtų užtikrinta augalų sveikata ir aplinkos saugumas.“
Susijusios technologijos ir ateities perspektyvos
Šis medžiagų pagrindu paremtas požiūris papildo genetinius bioliuminescencinius tyrimus, kurie siekia suteikti organizmams chemines šviesą gaminančias grandines. Genetiniai metodai laboratorijose jau parodė nuolatinį biologinį švytėjimą, tačiau iki šiol su ribota spalvų gama ir ryškumu. Medžiagų injekcija suteikia tiesioginę spalvų kontrolę ir didesnį intensyvumą, tačiau reikalauja periodinio įkrovimo ir atsargaus diegimo.
Ateities darbai galėtų tirti:
- Biologiškai suderinamus fosforus su geresne degradacija ir netoksiškomis cheminėmis savybėmis.
- Metodus nukreipti dalelių pristatymą į specifinius audinius arba integruoti įkrovimo sistemas į kraštovaizdžio dizainą.
- Genetinių ir medžiagų strategijų derinimą siekiant pastovaus, reguliuojamo bioliuminescencinio švytėjimo.
- Augalų rūšių inžineriją arba veislių atranką su anatominėmis savybėmis, optimizuotomis dalelių difuzijai.
Jei šiuos inžinerinius ir saugos iššūkius pavyks įveikti, įkraunami švytintys augalai galėtų rasti nišinių panaudojimų mažos energijos kraštovaizdžio sprendimuose, avarinių ženklų sistemoje, meno instaliacijose ir aplinkos interjero apšvietime.
Išvados
Mikroninio dydžio fosforo dalelių injekcija į Echeveria sukulentus sukėlė pirmąjį dokumentuotą daugiaspalvį, įkraunamą tamsoje švytinčių augalų atvejį. Su ryškiu, daugiaspalviu švytėjimu, trunkančiu iki dviejų valandų, ir galimybe įkrauti saulės arba LED šviesa, metodas demonstruoja naują medžiagų mokslo ir gyvų sistemų sankirtą. Nors tai žada mažo anglies pėdsako dekoratyvinį ir funkcinį apšvietimą, platesnis priėmimas priklausys nuo rūšių suderinamumo, ilgalaikių augalų sveikatos tyrimų ir griežtų aplinkos saugos vertinimų. Tyrimas atveria naują hibridinių gyvų medžiagų kelią, derinant augalų struktūrą su inžinerinėmis fotoninėmis dalelėmis tvariam apšvietimui kurti.
Šaltinis: livescience
Komentarai