الثــورة:
لا يختلف اثنان على جمالية المدن الكبرى في الليل خاصة في مواسم الأعياد. لكن استهلاك هذه المصابيح للطاقة بات يؤرق معظم دول العالم. والبحث عن بديلٍ لها يصعُب مع السعي لإيجاد إنارة صديقة للبيئة بالإضافة إلى رخص كلفتها.
فقد فكر العلماء في الاستفادة من بعض الأحياء المضيئة في إنتاج الضوء لتوفير إنارة مشابهة. اتخذ مهندسو خطوة أولى مهمة نحو جعل هذه الرؤية حقيقة واقعة. من خلال تضمين جسيمات نانوية متخصصة في أوراق نبات الجرجير، حثوا النباتات على إصدار ضوء خافت لمدة أربع ساعات تقريباً. وهم يعتقدون أنه مع مزيد من التحسين، ستصبح مثل هذه المصانع ذات يوم مشرقة بدرجة كافية لإضاءة مساحة العمل.
يقول المؤلف الرئيسي للدراسة: “تتمثل الرؤية في صنع نبات يعمل كمصباح مكتبي، مصباح لا يتطلب توصيله بالكهرباء. يتم تشغيل الضوء في النهاية من خلال عملية التمثيل الغذائي للطاقة في النبات نفسه”. يقول الباحثون إنه يمكن استخدام هذه التقنية أيضاً لتوفير إضاءة داخلية منخفضة الكثافة، أو لتحويل الأشجار إلى إنارة شوارع تعمل بالطاقة الذاتية.
يهدف علم النانو النباتي، وهو مجال بحثي جديد ابتكره مختبر Strano، إلى إعطاء النباتات ميزات جديدة من خلال دمجها مع أنواع مختلفة من الجسيمات النانوية. هدف المجموعة هو هندسة المصانع لتتولى العديد من الوظائف التي تؤديها الآن الأجهزة الكهربائية.
صمم الباحثون سابقاً نباتات يمكنها اكتشاف المتفجرات ونقل هذه المعلومات إلى هاتف ذكي، بالإضافة إلى نباتات يمكنها مراقبة ظروف الجفاف. لإنشاء نباتاتهم المتوهجة، لجأ الفريق إلى لوسيفيراز، الإنزيم الذي يعطي اليراعات توهجها.
يعمل لوسيفيراز على جزيء يسمى لوسيفيرين luciferin، مما يجعله ينبعث منه الضوء. يساعد جزيء آخر يسمى الإنزيم المشترك A، العملية على طول عن طريق إزالة تفاعل ناتج ثانوي يمكن أن يمنع نشاط لوسيفيراز.
قام فريق للتكنولوجيا (MIT) بتعبئة كل من هذه المكونات الثلاثة في نوع مختلف من حامل الجسيمات النانوية. تساعد الجسيمات النانوية، والتي تتكون جميعها من مواد تصنفها إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على أنها تعتبر بشكل عام آمنة، كل مكون في الوصول إلى الجزء الصحيح من النبات.
كما أنها تمنع المكونات من الوصول إلى التركيزات التي يمكن أن تكون سامة للنباتات. استخدم الباحثون جزيئات السيليكا النانوية التي يبلغ قطرها حوالي 10 نانومتر لحمل لوسيفيراز، واستخدموا جزيئات أكبر قليلاً من البوليمرات PLGA والكيتوزان لنقل لوسيفيرين وإنزيم A، على التوالي. للحصول على الجسيمات في أوراق النبات، قام الباحثون أولاً بتعليق الجسيمات في محلول. تم غمر النباتات في المحلول ثم تعرضها لضغط مرتفع، مما يسمح للجزيئات بالدخول إلى الأوراق من خلال مسام صغيرة تسمى الثغور. تم تصميم الجسيمات التي تطلق اللوسيفيرين والإنزيم المساعد A لتتراكم في الفضاء خارج الخلية من الطبقة الوسطى من الورقة، بينما تدخل الجسيمات الأصغر التي تحمل لوسيفيراز إلى الخلايا التي تتكون منها الطبقة الوسطى. تطلق جزيئات PLGA تدريجياً لوسيفيرين، والذي يدخل بعد ذلك الخلايا النباتية، حيث يقوم لوسيفيراز بالتفاعل الكيميائي الذي يجعل اللوسيفيرين يتوهج. أسفرت جهود الباحثين المبكرة في بداية المشروع عن نباتات يمكن أن تتوهج لمدة 45 دقيقة، والتي تحسنت منذ ذلك الحين إلى 3 ساعات ونصف الساعة. يبلغ الضوء الناتج عن شتلة جرجير يبلغ طولها 10 سنتيمترات حالياً حوالي واحد من الألف من الكمية اللازمة للقراءة. لكن يعتقد الباحثون أنه يمكنهم زيادة الضوء المنبعث، بالإضافة إلى مدة الضوء، عن طريق زيادة تحسين التركيز والإفراج عن معدلات المكونات.
بالنسبة للإصدارات المستقبلية من هذه التقنية، يأمل الباحثون في تطوير طريقة لطلاء أو رش الجسيمات النانوية على أوراق النبات، مما قد يجعل من الممكن تحويل الأشجار والنباتات الكبيرة الأخرى إلى مصادر ضوئية. أظهر الباحثون أيضاً أنه يمكنهم إطفاء الضوء عن طريق إضافة جزيئات نانوية تحمل مثبط لوسيفيراز.