Kỳ thú cải xoong biến thành... đèn bàn đọc sách

Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts MIT vừa có một bước tiến quan trọng để biến điều "không tưởng" đó thành sự thật khi tạo ra một loại cây có thể phát sáng trong bóng tối và có vẻ ngoài thực sự cuốn hút.

GS Michael Strano, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra loại cây có chức năng như một đèn bàn nhưng không cần cắm điện. Ánh sáng có được nhờ sự trao đổi năng lượng bên trong cây xanh".

Thực vật điện tử sinh học nano (plant nanobionics), là một lĩnh vực nghiên cứu khá mới mẻ mà nhóm của GS Strano được coi là những người đi tiên phong. Theo đó, các loài thực vật sẽ được bổ sung những chức năng mới bằng cách nhúng chúng vào các loại hạt nano khác nhau.

Mục tiêu của nhóm nghiên cứu của MIT là bổ sung các chức năng "ngoại lai" cho các loại thực vật, từ việc phát ra các tín hiệu giống như điện thoại di động đến khả năng hoạt động như một bóng đèn đường. Trước đây, họ đã thành công trong việc tạo ra loại cải bó xôi có khả năng phát hiện chất nổ, hay các loại hóa chất độc hại như sarin, cũng như các loại cây có thể theo dõi tình trạng hạn hán và tăng cường năng suất cho nông nghiệp bằng việc tối ưu hóa chất lượng đất.

Với loại cây mới này, các nhà nghiên cứu hi vọng sẽ sẽ giải quyết được vấn đề ánh sáng tự nhiên cho các ngôi nhà trong ngõ tối, giúp giảm chi phí, tiết kiệm đến 20% lượng điện tiêu thụ trên toàn thế giới.

"Những loài cây này có thể tự điều chỉnh, chúng thích hợp với môi trường bên ngoài và có năng lượng riêng của chúng", GS Strano nói. "Chúng tôi nghĩ rằng đây là một giải pháp hoàn hảo".

Để tạo ra nguyên mẫu thực vật phát sáng này, các nhà khoa học đã dựa vào một enzyme khá quen thuộc với nhiều người trong chúng ta, song không phải ai cũng biết tên của enzyme này. Đó là luciferase, một enzyme cho phép đom đóm phát ra ánh sáng trong đêm tối. Luciferase được hình thành từ amino acide giống như mọi loại protein khác và không tạo ra ánh sáng. Nó sẽ oxy hóa phân tử luciferin khiến chúng tạo ra ánh sáng khi phân rã trở lại trạng thái cơ bản. Ngoài ra, còn một phân tử khác có tên là co-enzyme A, có chức năng dọn dẹp các chất phản ứng vốn là sản phẩm phụ có thể ngăn cản sự tương tác giữa luciferase và luciferin.

Các thành phần này được "đóng gói" vào trong các hạt nano. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các hạt nano silica có đường kính khoảng 10 nanomét để mang luciferase, và sử dụng các hạt lớn hơn từ polymer linh hoạt PLGA và chitosan để vận chuyển luciferin và co-enzyme A.

Sau khi đóng gói các hợp chất nói trên vào hạt nano, nhóm nghiên cứu cho các hạt này vào một dung dịch. Thực vật sẽ được nhúng chìm vào dung dịch có chứa hạt nano, sau đó được đưa vào máy nén áp suất. Áp suất cao khiến các hạt nano được truyền vào thực vật và qua thời gian, các hạt nano này sẽ giải phóng các phân tử vào cây và tế bào trong cây sẽ tiếp nhận các phân tử. Một khi đã ở trong cây, luciferase và luciferin sẽ bắt đầu phản ứng và tạo ra ánh sáng.

Lúc đầu, ánh sáng chỉ kéo dài trong khoảng 45 phút, nhưng khi các quá trình đã được điều chỉnh thì con số đó nhảy vọt lên đến 3,5 giờ. Các nhà khoa học tin rằng những cải tiến trong tương lai có thể đủ sức tạo ra một loại cây trồng phát sáng cả đời chỉ với một lần can thiệp.

Những nghiên cứu trước đây từng ghi nhận kết quả cây thuốc lá biến đổi gen có thể phát sáng tuy nhiên MIT nhận định công nghệ biến đổi gen rất phức tạp và tốn nhiều chi phí. Trong khi đó, giải pháp để thực vật tạo ra luciferase của riêng mình có thể đạt hiệu quả lâu dài hơn nhưng ánh sáng phát ra lại rất mờ nhạt và chỉ có thể áp dụng đối với một số loại thực vật nhất định.

Phương pháp tiếp cận sinh học nano của MIT được đánh giá là đơn giản hơn và có thể được sử dụng trên bất kỳ loại cây trồng nào. Cho đến nay, họ đã thử nghiệm thành công với rau xà lách, cải xoăn, và cải bó xôi.

Ngoài cải xoong, các nhà nghiên cứu Mỹ đã áp dụng công nghệ phát sáng tận dụng luciferin với cải bó xôi và cải xoăn. Bộ Năng lượng Mỹ là đơn vị tài trợ chi phí cho nghiên cứu cây phát sáng này.

Đối với các phiên bản tương lai của công nghệ này, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ phát triển một phương pháp để sơn hoặc phun các hạt nano trên lá cây và biến các cây cổ thụ thành những cột đèn "tự hành".

"Mục tiêu của chúng tôi là chỉ thực hiện biến đổi một lần với cây giống hoặc cây trưởng thành, và công dụng sẽ kéo dài cả đời của cây”, Michael Strano, người dẫn đầu nghiên cứu, giải thích. “Công việc của chúng tôi thật sự đã mở ra cánh cửa tới tương lai, nơi mà cây cối sẽ được dùng làm đèn đường và gián tiếp chiếu sáng những căn nhà xung quanh”.

Các nhà nghiên cứu cũng cho biết, họ có thể tắt ánh sáng bằng cách thêm các hạt nano mang một chất ức chế luciferase. Tương lai, sản lượng ánh sáng của cây có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện môi trường, nghĩa là chúng trông hoàn toàn bình thường vào ban ngày nhưng lại tỏa sáng rực rỡ vào ban đêm.