혼자 발광하고 빛에너지 모으는 식물 탄생
2021-09-29 11:11

식물 스스로 빛을 낼 뿐 아니라 반복해서 빛에너지를 축적하는 바이오 기술이 탄생했다.

미국 매사추세츠공과대학(MIT) 연구팀은 태양과 LED 조명을 쬐면 밝은 빛을 낼 뿐 아니라 빛에너지를 저장하는 식물 실험이 성공을 거뒀다고 최근 발표했다. 

수년 전부터 플랜트 나노바이오닉스(Plant nanobionics) 분야를 개척해온 연구팀은 스스로 빛을 내는 것은 물론 반복해 충전 가능한 기술을 연구해 왔다. 연구팀은 새 기술을 이용해 살아있는 친환경 조명을 만들 계획이다.

연구팀이 실현한 발광 메커니즘은 나무 등 식물에 여러 입자를 넣어 새로운 기능을 구현하는 것이 핵심이다. 지난 2017년 허브의 일종인 크레송에 발광효소 루시페라아제(luciferase) 및 생물체 발광 물질 루시페린(luciferin)의 나노입자를 삽입한 연구팀은 몇 시간이나 빛을 내는 크레송을 만들어 주목받았다.

MIT 연구팀의 식물 발광 실험 결과물 <사진=MIT 공식 홈페이지>

다만 당시 기술로는 발광 크레송이 내는 빛이 너무 약했다. 깜깜한 곳에서 책을 읽는 것도 불가능할 정도로 광량이 미미했다.

이를 보완하기 위해 4년간 실험을 거듭한 연구팀은 보다 밝은 빛을 낼 임의의 형광체인 천연 광 콘덴서를 개발했다. 이 형광체는 가시광선이나 자외선을 받으면 광자를 축적해 조금씩 방출한다.

연구팀 관계자는 “우리가 흔히 사용하는 가전제품에는 전기를 저장하는 콘덴서가 들어있는데, 형광체는 그와 똑같은 역할을 한다”며 “다만 광 콘덴서 입자를 식물에 갑자기 주입하면 안 되므로 일련의 가공이 필요했다”고 설명했다.

시행착오 끝에 연구팀은 형광체를 실리카로 코팅했다. 이후 형광체를 식물 잎 표면에 난 기공을 통해 주입했다. 식물을 손상시키지 않고 삽입된 형광체는 엽육(잎의 연한 세포조직) 층에 축적돼 광 콘덴서 입자의 얇은 막을 형성했다.

잎의 기공을 통해 엽육층에 광 콘덴서 입자를 넣는 과정 <사진=MIT 공식 홈페이지>

광 콘덴서 입자가 들어간 식물을 태양이나 LED 조명에 노출하자 막에 광자가 축적돼 빛을 발했다. 연구팀 실험 결과 청색 LED를 10초 조사하면 1시간 동안 발광이 가능했다. 이때 내는 빛은 4년 전 개발한 기술보다 10배나 밝았다.

연구팀 관계자는 “최소 2주 동안 연속해서 빛에너지를 모아둘 수 있고 식물에서 형광체를 회수해 재사용할 수도 있다”며 “10일간 관찰한 결과 광합성도 제대로 이뤄졌고 기공을 통해 수분도 잘 증발하는 등 식물 본연의 기능에도 문제가 없었다”고 말했다.

향후 연구팀은 광 콘덴서 입자를 크레송 외에 키가 크고 잎사귀가 넓은 다른 식물에 적용할 계획이다. 공기정화 효과로 유명한 콜로카시아를 응용한 실험에서는 이미 같은 발광 효과가 입증됐다. 연구팀은 보다 큰 식물에 더 밝은 조명 기능을 적용할 경우 가까운 미래에 친환경 식물 조명이 보편화될 것으로 기대했다.

정이안 기자 anglee@sputnik.kr 

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