재충전도 가능…빛을 모아 어둠 속에서 빛나는 식물

MIT 연구팀이 태양과 LED 조명 등 빛을 흡수해 어둠 속에서 빛나는 식물을 개발했다. 잎에 특수 나노 입자를 포함한 식물은 불과 10초 충전으로 몇 분 동안 밝게 빛나는 게 가능하며 이전에 개발된 빛나는 식물보다 10배나 밝은 빛을 생성할 수 있다고 한다.

MIT 마이클 스토라노 교수 연구팀은 나노 기술을 이용해 식물에 새로운 능력을 갖게 하는 식물 나노 생체 공학을 연구하고 있다. 연구팀이 2017년 개발한 잎이 빛나는 식물은 반딧불이나 심해 등 생물 발광 근원인 루시페린과 이에 작용하는 루시페라제라는 효소를 잎에 주입했다. 발광에 필요한 에너지는 식물 자체 대사로 만들어진 빛의 양은 문자 등을 보기 위해 필요한 금액 1,000분의 1 정도였다.

이후에도 연구팀은 이 기술을 개선하고 새롭게 잎에 묻은 나노 입자에 빛을 모아 어둠 속에서 빛을 방출하는 식물을 개발했다. 빛을 흡수해 일부를 저장하고 서서히 방출하는 입자를 갖춘 발광 식물을 만들고 싶었다고 밝히고 있다.

2017년 개발한 발광 식물보다 빛 지속 시간과 밝기를 증가시키기 위해 연구팀은 전자 부품에서 말하는 캐패시터에 해당하는 나노 입자를 개발하기로 했다. 새롭게 개발된 나노 입자는 스트론튬과 알루미늄을 포함하는 무기 화합물 알루민산스트론튬을 이용한 것이다. 알루민산스트론튬은 가시광선과 자외선을 흡수하는 빛으로 방출할 수 있는 축광성 형광체이며 시계 문자판과 계기판, 유도 표지 등 형광에 사용되는 것이다.

연구팀은 나노 입자를 성형한 알루민산스트론튬을 손상으로부터 보호하기 위해 실리카로 코팅해 식물이 호흡과 증상에서 가스 교환을 위한 구멍인 기공에서 주입했다. 직경이 불과 수백 나노미터인 나노 입자는 기공을 통해 엽육 해면 조직에 있는 틈새에 박막으로 축적했다고 한다.

태국 코끼리 코(Thailand elephant ear)라고도 불리는 토란 일종 등 다양한 크기 식물에 나노 입자를 시도한 결과 나노 입자는 태양광이나 LED 라이트 빛을 광자 형태로 축적, 방출할 수 있다는 게 확인됐다.

연구팀은 청색 LED 빛에 10초간 노출된 식물은 최대 1시간 동안 발광하고 처음 5분 밝은 빛을 발하는 걸 확인했다고 한다. 빛 강도는 2017년 개발된 식물 10배라고 하며 개별 잎은 2주 동안 빛을 쬐어 재충전할 수 있었다고 한다.

나노 입자를 주입한 식물은 10일 동안 성공적으로 광합성을 하고 기공을 통해 수분을 증산할 수 있는 것도 확인됐다. 또 실험이 끝난 뒤 식물에서 나노 입자 60%를 추출해 다른 식물에 다시 주입할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 며 초간 펄스로 식물을 충전할 수 있는 강한 조명이 필요했다며 또 거대한 렌즈를 이용해 증폭한 광을 1m 이상 떨어진 곳에 제공될 수 있다며 이를 이용할 수 있는 규모 조명을 만들기 위한 단계라고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.