Растения-киборги спасут людей от бактерий и ядов
Ученые из Массачусетского технологического института опубликовали в журнале Nature Materials результаты исследований по интеграции электроники и наноматериалов в живые растения. Таким образом удалось существенно увеличить количество выделяемого ими кислорода и придать насаждениям совершенно новые функции: они могут вырабатывать электричество, вести мониторинг загрязнения окружающей среды и интенсивно очищать воздух.
В процессе опытов специалисты MIT внедрили углеродные нанотрубки в хлоропласты широко распространенного растения семейства капустных Arabidopsis thaliana. В результате способность растений к захвату световой энергии повысилась втрое. Идея создания бионических растений появилась в процессе разработки самовосстанавливающихся солнечных панелей, похожих на растительные клетки. В ходе исследований ученые усилили функции фотосинтеза выделенных из растений хлоропластов, чтобы использовать их в солнечных ячейках. Для этого в них ввели наночастицы оксида церия - очень сильные антиоксиданты, которые поглощают активные формы кислорода и других веществ, повреждающих хлоропласты. Обычно хлоропласты утилизируют лишь 10% солнечного света, но благодаря повышенной электропроводимости углеродных нанотрубок, этот показатель вырос на 30%. После опытов в пробирке, ученые обратились к живым растениям, насытив их хлоропласты наночастицами и нанотрубками. Результаты оказались столь же эффективными.
Кроме того, у Arabidopsis thaliana появилась способность поглощать оксид азота, который является одним из основных загрязнителей воздуха. При этом растения в буквальном смысле светятся - особое полимерное покрытие нанотрубок взаимодействует с загрязнителем и дает слабую флуоресценцию.
Ранее ученые MIT уже разработали на основе нанотрубок различные датчики, реагирующие на опасные загрязнители, такие, как тринитротолуол и нервно-паралитический газ зарин. Таким образом, бионические растения станут надежным детектором опасных веществ, а вырабатываемую ими энергию можно использовать для питания микроэлектроники.
В настоящее время ученые работают над созданием бионических растений для мониторинга окружающей среды, в том числе для обнаружения пестицидов, грибковых и бактериальных инфекций. Также ученые пытаются интегрировать в растения другие наноматериалы, такие как графен, который называют "материалом будущего". Если это удастся, человечество шагнет на следующую ступень научно-технического прогресса. Ведь из графена можно делать любые компоненты и даже целые электрические цепи с фантастической электропроводностью.
Углеродные нанотрубки - структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров - сегодня имеют множество областей применения. Например, месяц назад путем введения парафина в скрученную нить из нанотрубок международной команде ученых из университета Техаса удалось создать искусственную мышцу, которая в 85 раз сильнее человеческой.
Главная идея эксперимента ученых Массачусетского технологического института заключается не столько в том, что у растений можно повысить эффективность фотосинтеза, сколько в самой возможности появления биосинтетических растений с заданными функциями. Наночастицы помогают создавать нечто вроде биомашины, а что именно она будет делать - активно поглощать углекислый газ или сообщать о появлении вредных веществ в атмосфере - зависит от сферы ее использования.
