Bayangkan bahwa ketika gelap, Anda dapat membaca tanaman bercahaya di meja Anda alih-alih menyalakan lampu. Pengalaman macam apa ini?
Insinyur Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah mengambil langkah pertama yang kritis dalam proses mewujudkan visi ini. Insinyur menanamkan nanopartikel khusus ke dalam daun selada air, yang menyebabkan selada air bersinar selama hampir empat jam. Mereka percaya bahwa melalui optimasi lebih lanjut, tanaman bercahaya ini suatu hari akan cukup untuk menerangi ruang kerja.
Michael Strano, seorang profesor teknik kimia di MIT dan penulis senior studi ini, mengatakan bahwa ide mereka adalah untuk menciptakan tanaman yang dapat digunakan sebagai lampu meja - daya tidak perlu dihidupkan, dan sumber cahaya akhirnya berasal dari tanaman itu sendiri. Metabolisme energi.
Peneliti mengatakan bahwa teknologi ini juga dapat digunakan untuk memberikan pencahayaan dalam ruangan intensitas rendah, atau untuk mengubah pohon menjadi lampu sirkuit yang disediakan sendiri.
Strano mengatakan bahwa pencahayaan menyumbang sekitar 20% dari konsumsi energi global, dan tanaman dapat memperbaiki diri, memiliki energi sendiri, dan telah beradaptasi dengan lingkungan eksternal. Mereka percaya bahwa waktunya sudah matang.
Bidang penelitian baru yang dibuat oleh laboratorium Strano disebut nanobionics tanaman, yang bertujuan untuk memberikan karakteristik baru pada tanaman dengan menanamkan berbagai jenis nanopartikel ke dalam tanaman. Tujuan tim adalah untuk mengubah tanaman untuk menggantikan banyak fungsi yang disediakan oleh instalasi listrik. Sebelumnya, para peneliti telah merancang tanaman yang dapat mendeteksi bahan peledak dan mengirimkan informasi ke smartphone, serta tanaman yang dapat memantau kondisi kekeringan.
Dilaporkan bahwa luciferase adalah enzim yang membuat kunang-kunang bersinar. Untuk membuat tanaman pemancar cahaya, tim MIT beralih ke enzim ini. Luciferase bekerja pada molekul yang disebut luciferin, yang dapat membuat luciferin memancarkan cahaya. Molekul lain yang disebut co-enzim A (co-enzim A) dapat membantu mencapai proses luminescence dengan menghilangkan produk sampingan dari reaksi yang dapat menghambat aktivitas luciferase.
Tim peneliti mengemas ketiga komponen ini dalam berbagai jenis pembawa nanopartikel. Nanopartikel ini semua terbuat dari bahan yang diklasifikasikan oleh Food and Drug Administration AS sebagai "umumnya dianggap aman" untuk membantu setiap bahan mencapai bagian yang tepat dari tanaman. Nanopartikel juga dapat mencegah komponen-komponen ini mencapai konsentrasi yang dapat menghasilkan racun untuk tanaman.
Para peneliti menggunakan nanopartikel silika dengan diameter sekitar 10 nanometer untuk membawa luciferase, dan kemudian menggunakan polimer PLGA (polimer PLGA) dan partikel chitosan (chitosan) untuk membawa luciferin dan koenzim, masing-masing. Sebuah. Untuk memungkinkan partikel-partikel ini memasuki daun tanaman, para peneliti pertama kali menangguhkan partikel-partikel ini dalam larutan, kemudian merendam tanaman dalam larutan, dan kemudian memaparkannya pada tekanan tinggi untuk membuat partikel-partikel ini memasuki daun melalui pori-pori kecil (stomata).
Partikel-partikel yang melepaskan luciferin dan koenzim A terakumulasi dalam ruang ekstraseluler mesophyll (yaitu, lapisan dalam daun), sedangkan partikel kecil yang membawa luciferase memasuki sel-sel yang membentuk mesophyll. Setelah partikel PLGA secara bertahap melepaskan luciferin, luciferin memasuki sel tumbuhan, dan luciferase bereaksi secara kimia dalam sel untuk membuat luciferin memancarkan cahaya.
Awalnya, tanaman yang dibuat oleh tim peneliti bersinar selama sekitar 45 menit. Setelah perbaikan, waktu cahaya meningkat menjadi 3,5 jam. Meskipun bibit selada air 10 cm menghasilkan seperseribu dari jumlah cahaya yang saat ini diperlukan untuk membaca, para peneliti percaya bahwa dengan lebih mengoptimalkan konsentrasi dan laju pelepasan setiap komponen, jumlah cahaya dapat ditingkatkan dan waktu pemancar cahaya dapat diperpanjang.
Sebelumnya, produksi tanaman pemancar cahaya bergantung pada tanaman rekayasa genetika, tetapi ini adalah proses yang merepotkan dan cahaya yang dipancarkan sangat lemah. Selain itu, penelitian ini semua dilakukan pada tembakau dan Arabidopsis thaliana, yang sering digunakan dalam penelitian genetik tanaman. Namun, metode yang dikembangkan oleh tim peneliti MIT dapat diterapkan pada semua jenis tanaman. Saat ini, selain selada air, mereka telah membuktikan hal ini dengan arugula, kale dan bayam.
Di masa depan, MIT berharap untuk mengembangkan metode untuk melapisi atau menyemprotkan nanopartikel pada daun tanaman untuk mengubah pohon dan tanaman besar lainnya menjadi sumber cahaya.
Strano menyatakan bahwa mereka berniat untuk melakukan perawatan teknis ketika tanaman adalah bibit atau tanaman dewasa, dan membuatnya terus memainkan peran sepanjang siklus hidup tanaman.
Tim peneliti juga menunjukkan penambahan nanopartikel yang membawa inhibitor fluorescein untuk mematikan sumber cahaya, yang membantu mereka menciptakan tanaman yang dapat mematikan sumber cahaya sesuai dengan perubahan kondisi lingkungan (seperti sinar matahari).
Dilaporkan bahwa penelitian ini telah menerima dukungan keuangan dari Departemen Energi AS.
