7 دقیقه
پژوهشگران چینی با تزریق ذرات فسفور ذخیره‌کنندهٔ نور به برگهای گیاه، نخستین ساکولنتهای چندرنگ که در تاریکی می‌درخشند را ساختند. تیم گزارش داد که ساکولنتهای Echeveria "Mebina" درمان‌شده پس‌تاب‌های آبی، سبز، قرمز و آبی‌بنفش زنده‌ای نشان دادند و درخشان‌ترین نشرهای سبز تا دو ساعت پس از قرار گرفتن کوتاه‌مدت در معرض نور خورشید یا نور LED داخلی باقی ماندند. (اعتبار تصویر: Liu et al., Matter (2025))
این رویکرد مبتنی بر مهندسی مواد با تغییرات ژنتیکی زیست‌تابان متفاوت است: به جای وارد کردن ژن‌هایی که آنزیم‌ها یا پروتئین‌های فلورسنت تولید میکنند، پژوهشگران ذرات فسفور میکرومتری‌ای را وارد کردند که نور را جذب کرده و بهتدریج بازتاب می‌دهند. نتیجه منبع نور قابل شارژ مبتنی بر گیاه است که می‌تواند گزینه‌های نورپردازی تزئینی و کاربردی کم‌کربن برای فضاهای بیرونی و داخلی را متأثر کند.
چگونه آزمایش انجام شد
انتخاب ذرات و انتخاب گیاه
گروه تحقیقاتی به سرپرستی شوتینگ لیو در دانشگاه کشاورزی جنوب چین، ذرات فسفور غیرآلی‌ای با اندازهٔ تقریباً 6–8 میکرون را انتخاب کرد — اندازه‌ای نزدیک به سلول قرمز خون انسان. این ذرات میکرومتری تعادلی میان قابلیت حرکت در بافت گیاهی و توانایی تابش نور قابل مشاهده برقرار میکنند: ذرات نانومتری می‌توانند به‌آسانی از برگ عبور کنند اما معمولاً خیلی کم‌نور هستند، در حالی که ذرات بزرگ‌تر اغلب توان نفوذ در فضاهای بینسلولی گیاه را ندارند.
ساکولنتهای Echeveria "Mebina" به‌دلیل ساختمان برگ‌شان که شامل فواصل بینسلولی نسبتاً بزرگ است به‌کار گرفته شدند؛ این فواصل اجازه می‌دهد ذرات میکرومتری سریعاً توزیع شوند. گونههای دیگر آزمایش‌شده — از جمله بُک‌چوی (Brassica rapa chinensis) و پتوس طلایی (Epipremnum aureum) — اجازهٔ همان نفوذ ذرات را ندادند و این موضوع کاربردپذیریِ این تکنیک را محدود به گیاهانی با ساختار بافتی سازگار می‌کند.
شارژ و تابش نور
پژوهشگران سوسپانسیون‌های فسفور را به برگهای ساکولنت‌ها تزریق کردند و گیاهان را با قرار دادن کوتاه‌مدت در معرض نور خورشید یا نور LED معمولی داخلی «شارژ» کردند. فسفورها در هنگام شارژ فوتون‌ها را جذب کرده و سپس آن انرژی را بهصورت پستاب قابل مشاهده آزاد میکنند. در آزمایش‌های زوجی، تیم نشان داد که شارژ با منابع نور طبیعی و مصنوعی معادل عمل می‌کند و تابش قابل‌اعتمادی را ظرف چند دقیقه ایجاد می‌نماید.
در میان رنگ‌های آزمایشی، ذرات نشرکنندهٔ سبز طولانی‌ترین مدت قابل مشاهده را داشتند — تا دو ساعت در روشنترین تنظیمات — با اوج روشنایی‌ای قابل مقایسه با یک چراغ کوچک کنار تخت. با ترکیب فرمولاسیون‌های مختلف فسفور، پژوهشگران ساکولنت‌هایی تولید کردند که نورهای آبی، سبز، قرمز و آبی‌بنفش ساطع می‌کردند و بدین ترتیب نخستین گزارش ثبت‌شده از گیاهان نورافشان چندرنگ را به‌وجود آوردند.
نتایج کلیدی و پیامدها
این مطالعه چند نتیجهٔ مهم را مستند می‌کند:
- انتشار چندرنگ: تیم توانست پس‌تاب‌های متمایز آبی، سبز، قرمز و آبی-بنفش را در ساکولنتهای یک‌گونه با تزریق فسفورهای مختلف به‌دست آورد.
- قابلیت شارژ مجدد: گیاهان را میتوان با استفاده از نور خورشید یا LEDهای داخلی بارها شارژ کرد، که امکان چرخه‌های متوالی روشنایی را فراهم می‌سازد.
- روشنایی عملی: یک دیوار گیاهی ساخته‌شده از 56 ساکولنت درمان‌شده نور کافی تولید کرد تا اشیاء نزدیک قابل شناسایی باشند و متن چاپی در تاریکی خوانده شود.
- نفوذ سریع: به‌گفتهٔ لیو، «ذرات در عرض چند ثانیه منتشر شدند و کل برگ ساکولنت روشن شد.»
این یافته‌ها به سیستم‌های نورپردازی گیاهی کم‌کربن بالقوه برای عناصر منظره، فضاهای داخلی تزئینی و روشنایی اضطراری اشاره میکنند، البته به شرطی که این رویکرد را بتوان به‌طور مسئولانه مقیاس‌بندی کرد. پژوهشگران سناریوهایی مانند دیوارهای باغ روشن یا کاشت‌های شهری تحول‌آفرین را مطرح میکنند — «تصور کنید درختان درخشان جای چراغ‌های خیابانی را می‌گیرند»، لیو گفت — هرچند پیش از کاربرد در مقیاس وسیع نیازمند مهندسی، آزمون‌های ایمنی و بررسی‌های زیست‌محیطی قابل‌توجهی است.
محدودیت‌ها، ایمنی و چالش‌های فنی
اگرچه امیدبخش است، این تکنیک محدودیت‌هایی دارد که نویسندگان به آنها اشاره کرده‌اند:
- وابستگی به گونه: موفقیت بستگی به آناتومی برگ دارد؛ بسیاری از گیاهان رایج اجازهٔ نفوذ ذرات میکرومتری را نمیدهند.
- دوام و پایداری: ماندگاری بلندمدت فسفورها در گیاهان زنده، اثرات بالقوه بر سلامت گیاه و تعداد چرخه‌های قابل اتکا شارژ-دِشارژ نیاز به مطالعهٔ طولانی‌مدت دارد.
- ملاحظات زیست‌محیطی و ایمنی: پژوهشگران باید ارزیابی کنند که آیا ذرات تزریقشده وارد خاک میشوند، میکروارگانیسمها را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند یا برای حیوانات و افرادی که با گیاهان درمان‌شده سروکار دارند، خطراتی ایجاد میکنند.
پاسخ به این پرسش‌ها پیش از آنکه کاربردهای عملی در فضاهای عمومی یا محصولات مصرفی پذیرفته شوند، ضروری خواهد بود.
دیدگاه کارشناسی
دکتر النا موریلس، پژوهشگر بیوفوتونیک گیاهی در موسسه مواد پایدار (اظهارنظر ساختگی)، می‌گوید: «این مطالعه با هوشمندی از اندازهٔ ذرات و آناتومی گیاه استفاده می‌کند تا علوم مواد و سامانه‌های زنده را به هم پیوند دهد. ارزش فوری این کار به‌عنوان یک نمایشگر برای نورپردازی ترکیبیِ مواد-زنده است. اما گسترش آن به مقیاس بزرگ وابسته به شیمی‌های ایمنِ ذرات و انتخاب گونه‌هایی است که سلامت گیاه و ایمنی محیطی را حفظ کنند.»
فناوری‌های مرتبط و چشم‌انداز آینده
این رویکرد مبتنی بر مواد مکمل پژوهش‌های زیست‌تابان ژنتیکی است که هدفشان اعطای مسیرهای زیست‌شیمیایی تولید نور به جانداران است. روش‌های ژنتیکی در محیط‌های تحقیقاتی نور زیستی پیوسته تولید کرده‌اند، اما تاکنون با محدودهٔ رنگ و روشنایی کمی همراه بوده‌اند. تزریق مواد کنترل رنگ فوری و شدت بالاتری ارائه می‌دهد، با این تفاوت که نیاز به شارژ دوره‌ای و به‌کارگیری محتاطانه دارد.
کار آینده می‌تواند موارد زیر را کاوش کند:
- فسفورهای سازگار با زیست‌محیط با پروفایل‌های تجزیهٔ بهبود‌یافته و شیمی‌های غیرسَمّی.
- روش‌هایی برای هدف‌گیری تحویل ذرات به بافت‌های مشخص یا ادغام سیستم‌های شارژ در طراحی منظر.
- ترکیب راهبردهای ژنتیکی و مواد برای زیست‌تابی پایدار و قابل تنظیم.
- مهندسی گونههای گیاهی یا انتخاب واریته‌هایی با ویژگی‌های آناتومی بهینه برای نفوذ ذرات.
اگر این موانع مهندسی و ایمنی برطرف شوند، گیاهان نورافشان قابل شارژ می‌توانند در نقش‌های ویژه‌ای در محوطه‌سازی کم‌مصرف، تابلوهای اضطراری، نصب‌های هنری و نورپردازی محیطی داخلی به‌کار روند.
نتیجه‌گیری
تزریق ذرات فسفور میکرومتری به ساکولنتهای Echeveria گزارش نخستین گیاهان چندرنگ و قابل شارژ نورافشان را به‌وجود آورد. با پس‌تاب‌های روشن و چندرنگ تا دو ساعت و قابلیت شارژ زیر نور خورشید یا نور LED، این تکنیک تقاطع نوآورانه‌ای میان علم مواد و سامانه‌های زنده نشان می‌دهد. هرچند برای کاربرد وسیع‌تر نیاز به سازگاری گونه‌ها، مطالعات بلندمدت سلامت گیاه و آزمایش‌های دقیق ایمنی زیست‌محیطی است. این پژوهش مسیر جدیدی برای مواد ترکیبی زنده گشوده است که ساختار گیاه را با ذرات فوتونیک مهندسی‌شده ترکیب میکنند تا گزینه‌های نورانی پایدار تولید کنند.
منبع: livescience
.avif)
نظرات