Фотосинтез

Ученые повысили способность растений улавливать энергию света на 30%. Это стало возможным за счет внедрения углеродных нанотрубок в хлоропласты — основные органеллы, в которых происходит преобразование солнечной энергии в энергию химических связей.

Исследователи говорят о своей работе как о первых шагах в новой межотраслевой науке — нанобионике растений. «Сегодня практически никто не работает в этой отрасли, — говорит ведущий автор работы Хуан Пабло Хиральдо из Массачусетского технологического института (MIT), — в то время как синтез биологии растений и химического машиностроения открывает человечеству огромный потенциал».

Согласно статье, опубликованной в Nature Materials, идея нанобионики растений возникла из предшествующих работ ученых по разработке самовосстанавливающихся солнечных батарей. Ученые задались целью повысить эффективность процесса фотосинтеза в хлоропластах растений для дальнейшего их применения в солнечных батареях.

Фотосинтез

Задача осложнялась тем, что сами по себе хлоропласты способны поддерживать процесс фотосинтеза, но вне растения быстро разрушаются под действием света и кислорода. Для увеличения времени функционирования изолированных хлоропластов ученые внедрили в них наночастицы оксида церия (наноцерия), обладающего высокими антиоксидантными свойствами.

Способ внедрения частиц наноцерия ученые обозначили аббревиатурой LEEP. Согласно этой методике частицы оксида церия упаковывались в оболочку из полиакриловой кислоты, что позволило комплексу преодолеть гидрофобный барьер мембран хлоропластов и проникнуть внутрь органелл. Тем же способом внутрь хлоропластов доставлялись и полупроводниковые наноуглеродные трубки. Эти частицы выступили своеобразными антеннами, позволив специфическим молекулам улавливать дополнительное количество световой энергии за счет расширения спектра поглощения. Суммарно эффективность таких модифицированных хлоропластов повысилась на 49%.


Столь же продуктивные результаты были получены с использованием живого растения. Проникшие через микропоры в растение нанотрубки повысили производительность преобразования солнечной энергии в химическую на 30%.

Майкл Страно, лидер исследовательской группы MIT, видит серьезные перспективы в развитии нанобионики растений. Ученые говорят о возможном создании на основе растений фотонных устройств с автономным источником питания. Если вживить в растения нанотрубки, реагирующие на оксид азота, можно создать превосходный живой детектор взрывчатых веществ. По тому же принципу могут быть созданы чувствительные сенсоры для обнаружения химических веществ, пестицидов, грибковых агентов, бактериальных токсинов. Благодаря своей неприхотливости, устойчивости к факторам среды, высокой выживаемости, растения могут стать прекрасной платформой для активного мониторинга уровня загрязненности и безопасности окружающей среды.