نانوذرات قادرند میزان انرژی خورشیدی به دام افتاده توسط گیاهان را به میزان ۳۰ درصد ارتقاء بخشند. این نتیجه‌ای است که پژوهش‌گران در موسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) به آن دست یافته‌اند. این محققان نشان داده‌اند گیاهانی که در برگ‌های خود نانولوله‌های کربنی نیم‌رسانا دارند انرژی خورشیدی را بهتر به جریان الکتریکی تبدیل می‌کنند.

این تیم بر این باور است که از این کشف می‌توان در زمینه‌ی تحقیقاتی جدیدی موسوم به «نانوبیونیک» بهره برد. در این زمینه تحقیقاتی صورت می‌پذیرد که به موجب آن نانوذرات می‌توانند قابلیت‌های طبیعی موجود در گیاهان معمولی را ارتقاء بخشیده و همچنین برای ایجاد سیستم‌های شبه‌گیاه مصنوعی استفاده شوند. این سیستم‌ها قادرند خودشان را با استفاده از نورخورشید و آب رشد دهند یا تعمیر کنند. کاربردهای بالقوه‌ای که برای این سیستم‌ها می‌توان متصور شد شامل آشکارسازهای بیوشیمیایی برای نظارت بر آلاینده‌های محیطی است و حتی شاید به فناوری‌های جدیدی بیانجامد که به افزایش محصولات زراعی کمک می‌کند.

به گفته‌ی خوان پابلو گیرالدو (Juan Pablo Giraldo) یکی از اعضای این تیم پژوهشی: «گیاهان٬ غذا و سوخت ما را فراهم می‌کنند و حتی اکسیژنی که با آن تنفس می‌کنیم. اما تاکنون استفاده‌ی کمی از آن‌ها در کاربردهای فناوری شده است».«در مورد زمینه‌ی جدیدی صحبت می‌کنیم که حد واسط بین فناوری نانو و زیست‌شناسیِ گیاهان است که آن را نانوبیونیک گیاهان نام گذاشته‌ایم.»

اندازه‌گیری شار الکترونی

تیمی که توسط مایکل استرانو (Michael Strano) رهبری شده از دو فناوری برای اندازه‌گیری شار الکترونی در برگ‌های گیاه و سبزدیسه‌ها (کلروپلاست) در آزمایشگاه استفاده کرده‌اند. اولین فناوری به اندازه‌گیری تغییرات رنگِ رنگدانه‌ می‌پردازد؛ رنگدانه‌ای که الکترون‌ها را مابین سیستم‌های‌ نوری (در کلروپلاستی که از گیاه استخراج می‌شود) رهگیری می‌کند. فناوری دوم بر پایه‌ی نظارت بر تغییرات در فلورسانس سبزینه‌ها در سبزدیسه‌های خارج شده از گیاه و برگ‌های آن است. {سبزینه یا کلروفیل، رنگیزه‌ای سبزرنگ است که در اکثر گیاهان خزه‌ها و سیانوباکتری‌ها یافت می‌شود. سبزینه بخش اعظم نور آبی و قرمز را جذب و نور سبز و زرد را از بین طیف‌های الکترومغناطیسی منعکس می‌کند. رنگ سبز گیاهان به دلیل انعکاس نور سبز از کلروفیل‌هاست}. سبزدیسه‌ها اندامک‌هایی در داخل یک سلول گیاهی هستند که از کلروفیل برای گرفتن و ذخیره‌ی انرژی از تابش خورشیدی استفاده می‌کنند.

گیاهی بنام رَشادی که نانولوله‌های کربنی در داخل برگ‌های خود دارد. درنتیجه گیاه در به دام انداختن انرژی خورشیدی بهتر عمل کرده و می‌تواند به عنوان به آشکارساز بیوشیمایی فوتونی عمل کند.

این پژوهش‌گران همچنین دریافتند که نانولوله‌هایی که با نانوذرات پلیمری شامل سریا (یک اکسید فلزی نادر زمینی) ترکیب می‌شوند به عنوان «آنتی اکسیدان» عمل کرده و به طرز چشمگیری تعداد رادیکال‌های اکسیژن آسیب‌دیده در کلروپلاست‌های استخراجی را کاهش می‌دهد؛ چیزی‌که به افزایش فعالیت فتوسنتز نیز کمک می‌کند.

سیستم‌های شبه‌گیاه مصنوعی خود تعمیر

به گفته‌ی گیرالدو: «اینکه قادر باشیم تا فتوسنتز سبزدیسه‌ها را با نانوذرات ارتقاء بخشیم٬ به ما اجازه می‌دهد تا سیستم‌های شبه‌گیاه مصنوعی را توسعه دهیم که انرژی خود را از نور خورشید گرفته و شبیه گیاهان واقعی قادر به تعمیر خودشان خواهند بود.»«هر دو این‌ها و گیاهان معمولی که با نانوذرات تکمیل شده‌اند را می‌توان به عنوان مثال به عنوان آشکارسازهای بیوشیمیایی برای نظارت بر آلاینده‌های محیطی (همچون اکسید نیترید) مورد استفاده قرار داد. حتی می‌توان از آن‌ها در آشکارسازی گازها و مواد شیمیایی خطرناک نسبت به نوع نانوذرات شرکت کننده بهره برد.»

به بیان این تیم اکنون می‌شود راحت‌تر به این نکته پی برد که چگونه نانولوله‌های کربنی نور خورشید را گرفته و به سازوکار فتوستز در سبزدیسه‌های گیاهان تبدیل می‌کنند. آن‌طور که گیرالدو توضیح می‌دهد: «هدف نهایی آن است که به این مطلب پی ببریم که آیا جمع‌شدن سبزدیسه‌ها با نانوذراتی همچون نانولوله‌های کربنی می‌تواند به افزایش مقدار سوخت‌های شیمیایی (همچون گلوکز) که گیاهان تولید می‌کنند منجر شود یا نه. چنان مطالعاتی فناوری ما را به سوی سطح جدیدی از کاربردها٬ همچون افزایش محصولات زراعی یا تولید سوخت زیستی از جلبک می‌برد.»

وی می افزاید: «در حالت ایده‌آل نیازمند ابزارهای آشکارسازی کنترل از راه دور هستیم تا به ما این امکان را بدهد که در آنِ واحد تغییرات فلورسانس فروسرخِ نزدیک نانولوله‌های کربنی را در گیاهانی که تحت شرایط واقعی زیست می‌کنند٬ تصویرسازی کنیم.»

این تحقیق در مجله‌ی Nature Materials توصیف شده است.

درباره‌ی نویسنده:

بل دامی (Belle Dumé) کمک ویراستاری در nanotechweb.org است.

منبع:

Nanoparticles boost solar-energy capture by plants