Но другие исследователи не изучали, как форма и расположение клеток могут влиять на их способность фотосинтезировать световую энергию, объясняют Гуидетти и Оменетто в своей статье, опубликованной в журнале. Передовые оптические материалы.
Очень внимательно рассматривая Макодес петола Изучая драгоценные орхидеи, они обнаружили, что поверхностные клетки не плоские или конусообразные, как у многих растений, а скорее напоминают купола, говорит Гуидетти, заместитель директора Silklab.
«Мы думаем, что это работает следующим образом: свет исходит сверху, и вместо того, чтобы фокусироваться только на внутренней части листа, где находятся хлоропласты, наличие куполов, по сути, позволяет свету распространяться по поверхности листа, что также позволяет клетки не освещаются напрямую для осуществления фотосинтеза, что приводит к более высокой общей эффективности фотоконверсии», — объясняет она.
Копирование закономерностей природы
После картирования типов поверхностных клеток, их связей и изменчивости исследователи решили скопировать результат. Они нанесли на поверхность листа тонкий слой кремниевого полимера, образовав негативную копию поверхности листа. Затем они вылили на этот слой прозрачную смесь протеинов шелка, создав точную копию микроскопической формы клеточных узоров на листьях.
Шелк, произведенный шелкопрядами и затем переработанный в раствор на водной основе, использовался Оменетто и другими исследователями Silklab для производства очень широкого спектра продуктов: от рассасывающийся электронный имеет биосовместимые датчикиПо словам Оменетто, шелк также доступен коммерчески в больших масштабах: ежегодно на шелководческих фермах производится около полумиллиона тонн.
Версия листа на шелковой основе «точно воспроизводит» круглую форму растительных клеток, а также их шестиугольное расположение и «перекрестную связь, наблюдаемую между соседними клетками при освещении видимым светом, аналогичную той, которая наблюдается в листьях растений». пишут исследователи.
Гуидетти и Оменетто добавили краситель к шелковому материалу, используемому в воспроизведенных листьях растения, что позволило им отслеживать свет при его перемещении от клетки к клетке. Биоматериал также имитирует изгибы и гибкость листьев, обеспечивая лучший доступ к свету и лучшую способность распределять его по всему листу.
«Такие живые оптические сети на основе растений могут послужить источником вдохновения для разработки функциональных материалов, которые эффективно собирают, манипулируют и обрабатывают свет с помощью мягких, податливых и прочных форматов материалов, как продемонстрировано предварительное воспроизведение живой структуры листа», — пишет Гуидетти. и Оменетто.
«Это «первая демонстрация оптических сетей в живой системе, поскольку, насколько нам известно, о чем-то подобном никогда раньше не сообщалось ни на одном заводе — системе, которая может управлять светом посредством упорядоченной сборки клеточных линз», — добавляет Оменетто.
В настоящее время исследователи изучают другие растения семейства драгоценных орхидей, сравнивая форму растительных клеток с теми, которые существуют в условиях средней и высокой освещенности, а также создают копии структур листьев в поисках растений, которые могли бы улавливать свет еще более эффективно. Они также планируют провести эксперименты, чтобы увидеть, может ли изменение условий освещения драгоценных орхидей изменить работу сети распределения света.
О Фонде В.М. Кека
Фонд WM Keck Foundation был основан в 1954 году в Лос-Анджелесе Уильямом Майроном Кеком, основателем Superior Oil Company. Фонд WM Keck Foundation, одна из крупнейших благотворительных организаций страны, поддерживает ведущие научные, инженерные и медицинские исследования. Фонд также поддерживает высшее образование и реализует программу в Южной Калифорнии по поддержке проектов в области искусства и культуры, образования, здравоохранения и общественных работ.
