Наночастицы помогли ученым утроить КПД фотосинтеза в листьях растений

Американские биотехнологи создали особые наночастицы, которые можно «вставлять» в листья растений для улучшения эффективности фотосинтеза или превращения их в химические сенсоры, и опубликовали «рецепт» по изготовлению таких частиц в статье в журнале Nature Materials.

За миллионы лет эволюции растения и цианобактерии научились захватывать фотоны солнечного света и использовать их энергию для сборки молекул питательных веществ. С одной стороны, этот процесс очень эффективен с точки зрения химии, а с другой — растения используют лишь 1-2% от общей энергии излучения Солнца. Учитывая нарастающий продовольственный кризис и нужду в «зеленых» источниках топлива, ученые в последние годы неоднократно пытались «улучшить» КПД растений.

Майкл Страно из Массачусетского технологического института (США) и его коллеги смогли увеличить эффективность фотосинтеза в три раза при помощи особых наночастиц на основе углеродных нанотрубок.

Еще в ходе предыдущих экспериментов авторы статьи заметили, что введение небольшого числа углеродных нанотрубок в клетки растений приводило к заметному улучшению в работе хлоропластов, хотя и за счет роста концентрации агрессивных соединений в цитоплазме и других побочных эффектов.

Ученые решили эту проблему, присоединив к нанотрубкам два других компонента — наночастицы из оксида церия и молекулы полиакриловой кислоты. По словам биотехнологов, оксид церия подавляет формирование агрессивных молекул, а нити полиакриловой кислоты удерживают его наночастицы прикрепленными к углеродным нанотрубкам.

Данные нанотрубки встраиваются в стенки хлоропластов, увеличивая их рабочий «диапазон» и ускоряя обмен электронами между разными компонентами систем фотосинтеза, что повышает их эффективность в три раза. Кроме того, интеграция наночастиц в клетки растений превращает их в своеобразные «биосенсоры», способные оповещать нас о появлении в воздухе ряда загрязнителей, таких как оксид азота.