Para periset di MIT telah mengambil langkah awal yang penting untuk mewujudkan visi tersebut. Dengan menanamkan nanopartikel khusus ke dalam daun tanaman selada air, mereka menginduksi tanaman untuk menghasilkan cahaya redup selama hampir empat jam. Mereka percaya bahwa, dengan pengoptimalan lebih lanjut, tanaman tersebut pada suatu hari akan cukup terang untuk menerangi ruang kerja.
“Harapannya adalah membuat tanaman yang dapat berfungsi sebagai lampu meja – lampu yang tidak perlu Anda pasang. Cahaya pada akhirnya didukung oleh metabolisme energi tanaman itu sendiri,” kata Michael Strano, Carbon P Dubbs Profesor Teknik Kimia di MIT dan penulis senior studi ini.
Teknologi ini juga bisa digunakan untuk pencahayaan dalam ruangan dengan intensitas rendah, atau untuk mengubah pohon menjadi lampu jalan bertenaga mandiri, kata periset.
MIT postdoc Seon-Yeong Kwak adalah penulis utama penelitian ini, yang telah diterbitkan di jurnal Nano Letters .
Tanaman nanobionik
Tanaman Nanobionik, adalah area penelitian baru yang dipelopori oleh laboratorium Strano, bertujuan untuk memberi fitur baru kepada tanaman dengan menanamkan berbagai jenis nanopartikel. Tujuan kelompok ini adalah untuk merekayasa tanaman untuk mengambil alih banyak fungsi yang sekarang dilakukan oleh perangkat listrik.
Pencahayaan, yang menyumbang sekitar 20 persen konsumsi energi di seluruh dunia, tampak seperti target berikutnya yang logis. “Tanaman dapat memperbaiki diri sendiri, mereka memiliki energi sendiri, dan mereka sudah menyesuaikan diri dengan lingkungan luar,” kata Strano.
Untuk membuat tanaman bercahaya mereka, tim MIT berfokus pada luciferase, enzim yang memberi kunang-kunang dapat memiliki cahaya. Luciferase bekerja pada molekul yang disebut luciferin, menyebabkannya memancarkan cahaya. Molekul lain yang disebut co-enzyme A disertakan untuk membantu proses tersebut sehingga dapat menghilangkan produk samping reaksi yang dapat menghambat aktivitas luciferase.
Tim MIT mengemas masing-masing dari ketiga komponen ini ke dalam jenis pembawa partikel nanopartikel yang berbeda. Nanopartikel, yang semuanya terbuat dari bahan yang diberi Food and Drug Administration (FDA) AS sebagai “umumnya dianggap aman,” membantu setiap komponen sampai ke bagian tanaman yang ditujukan. Mereka juga mencegah komponen mencapai konsentrasi yang bisa menjadi racun bagi tanaman.
Para peneliti menggunakan nanopartikel silika dengan diameter sekitar 10 nanometer untuk membawa luciferase, dan mereka menggunakan partikel PLGA dan chitosan yang sedikit lebih besar untuk membawa luciferin dan co-enzyme A. Agar partikel-partikel tersebut sampai ke daun tanaman, para peneliti pertama-tama melarutkan partikel tersebut ke dalam larutan. Tanaman dibenamkan ke dalam larutan dan kemudian dikenakan tekanan tinggi, sehingga memungkinkan partikel masuk ke dalam daun melalui pori-pori kecil yang disebut stomata.
Partikel yang melepaskan luciferin dan koenzim A dirancang untuk mengakumulasi di ruang ekstraselular mesofil, lapisan dalam daun, sementara partikel yang lebih kecil membawa luciferase memasuki sel-sel yang membentuk mesofil. Partikel PLGA secara bertahap melepaskan luciferin, yang kemudian memasuki sel tumbuhan, di mana luciferase melakukan reaksi kimia yang membuat luciferin bercahaya.
Pada awal proyek, para periset menghasilkan tanaman yang bisa bercahaya selama sekitar 45 menit, yang sejak saat itu telah meningkat menjadi 3,5 jam. Cahaya yang dihasilkan oleh satu bibit selada 10 sentimeter saat ini sekitar seperseribu jumlah yang dibutuhkan sehingga cahayanya cukup digunakan untuk membaca, namun para periset percaya bahwa mereka dapat meningkatkan cahaya yang dipancarkan, serta durasi cahaya, dengan mengoptimalkan konsentrasi dan pelepasan lebih lanjut tingkat komponen.
Transformasi tanaman
Upaya sebelumnya untuk menciptakan tanaman pemancar cahaya mengandalkan tanaman rekayasa genetika untuk mengekspresikan gen tersebut untuk luciferase, namun ini adalah proses melelahkan yang menghasilkan cahaya yang sangat redup. Penelitian tersebut dilakukan pada tanaman tembakau dan Arabidopsis thaliana , yang umum digunakan untuk studi genetik tanaman. Namun, metode yang dikembangkan oleh laboratorium Strano dapat digunakan pada semua jenis tanaman. Sejauh ini, mereka telah menunjukkannya dengan arugula, kangkung, dan bayam, selain selada air.
Untuk versi teknologi masa depan, para periset berharap dapat mengembangkan cara untuk mengecat atau menyemprotkan nanopartikel ke daun tanaman, yang memungkinkan transformasi pohon dan tanaman besar lainnya menjadi sumber cahaya.
Para periset juga telah menunjukkan bahwa mereka dapat mematikan lampu dengan menambahkan partikel nano yang membawa penghambat luciferase. Hal ini dapat memungkinkan mereka untuk akhirnya menciptakan tanaman yang mematikan emisi cahaya mereka sebagai respons terhadap kondisi lingkungan seperti sinar matahari, kata periset.
