Inženjeri s MIT-a su koristeći specijalizirane nanočestice usađene u listove biljaka napravili biljke koje isijavaju svjetlost te ih se može napuniti pomoću LED žarulja. Nakon svega 10 sekundi punjenja, tako prerađene biljke isijavaju jarku svjetlost nekoliko minuta te se mogu opetovano puniti.
Biljke s listovima u koje su usađene specijalizirane nanočestice proizvode svjetlo i do 10 puta jače od prve generacije svijetlećih biljaka koje su napravljene još 2017. godine.
Htjeli smo napraviti biljku koja isijava svjetlost s česticama koje apsorbiraju svjetlost, pohranjuju dio te svjetlosti te je postupno isijavaju. Ovo je velik korak prema osvjetljenju na bazi biljaka, ističe Michael Strano, profesor kemijskog inženjeringa na MIT-ju.
Stvaranje ambijetalnog svjetla obnovljivom kemijskom energijom živućih biljaka vrlo je hrabra ideja. To predstavlja temeljnu promjenu u načinu na koji razmišljamo o biljkama i električnoj energiji koja se koristi za osvjetljenje, kaže Sheila Kennedy, profesorica arhitekture s MIT-ja i jedna od autorica studije.
Navedene nanočestice mogu povećati proizvodnju svjetla bilo kojeg tipa biljaka koje emitiraju svjetlost, uključujući i prvu generaciju svijetlećih biljaka proizvedenih u laboratoriju. Te biljke za proizvodnju svjetla koriste nanočestice koje u sebi sadrže enzim luciferazu, koji se može pronaći kod krijesnica. Sposobnost miješanja funkcionalnih nanočestica koje se usađuju u živuće biljke kako bi proizvele funkcionalne značajke pravi je primjer razvoja novog polja "biljne nanobionike".
Stranov labotratorij već nekoliko godina radi na davanju novih značajki biljkama tako što u njih usađuju različite tipove nanočestica. U novoj studiji, Strano i njegovi kolege htjeli su napraviti komponente koje mogu produžiti trajanje svjetlosti te pojačati njezin intezitet.
Prva generacija biljaka napravljena 2017.
Korištenjem nanočestica luciferina i luciferaze (koji rade zajedno kako bi omogućili isijavanje svjetlosti kod krijesnica), Stranov tim uspio je 2017. napraviti prvu generaciju biljaka koje emitiraju svjetlost. Koristeći te čestice znanstvenici su tad uspjeli proizvesti potočarku koja emitira svjetlost čiji intenzitet predstavlja tek jednu tisućinku svjetlosti potrebne za čitanje, no biljka je na taj način svijetlila nekoliko sati.
U novoj studiji Strano i njegov tim došli su na ideju korištenja kondenzatora, koji služi za pohranu električne energije i njezino otpuštanje prema potrebi. U slučaju svjetlećih biljaka, može se koristiti kondenzator svjetla za pohranu fotona, koje onda postupno otpušta tijekom vremena.
Za izradu svjetlosnog kondenzatora, znanstvenici su koristili oblik fosfora, koji može apsorbirati vidljivu ili ultraljubičastu svjetlost te je nakon toga polako otpuštati u obliku fosforecentnog sjaja. Znanstvenici su koristili spoj stroncij aluminata koji se može formirati u nanočestice, kao njihovu verziju fosfora. Prije njihovog usađivanja u biljke, nanočestice stroncij aluminata premazane su silicijem kako bi se od oštećenja zaštitila sama biljka.
Navedene čestice imaju promjer nekoliko stotina nanometara, a u biljku se mogu usaditi putem stomata, odnosno sićušnih pora koje se nalaze na površini listova. Nanočestice se nakon toga nakupljaju u spužvastom sloju koji se zove mezofil, gdje formiraju tanki sloj.
U studiji se došlo stoga do zaključka da se od mezofila živuće biljke može napraviti sloj koji će pohraniti te čestice bez nanošenja štete samoj biljki ili da se žrtvuju svjetlosne značajke, tvrde MIT-jevi znanstvenici.
Tako napravljen sloj nanočestica može upijati svjetlost bilo izravno od sunca ili iz umjetnog izvora svjetlosti poput LED žarulja. Pokazali su da već nakon samo 10 sekundi izlaganja plavoj LED žarulji, njihove biljke emitiraju svjetlost punih sat vremena. Svjetlost je bila najjača u prvih pet minuta, a s vremenom se postupno njezin intenzitet smanjivao.
Biljke se tako mogu kontinuirano puniti najmanje dva tjedna, koliko su MIT-jevi znanstvenici uspješno i pokazali tijekom eksperimentalne izložbe na Institutu Smithsonian 2019. godine.
Moramo imati intenzivno svjetlo u obliku jednog bljeska na nekoliko sekundi i to je dovoljno za punjenje. Isto tako smo pokazali da možemo kristiti velike leće za prijenos pojačanog svjetla na udaljenost veću od jednog metra. TO je dobar korak u stvaranju osvjetljenja kojeg ljudi mogu koristiti, kaže Pavlo Gradiichuk, vodeći autoer studije koja je objavljena u znanstvenom časopisu Science Advances.
MIT-jevi znanstvenici otkrili su da pristup sa svjetlosnim kondenzatorom radi i na mnogo drugih vrsta biljaka, uključujući bosiljak, potočarke i biljke duhana. Dokazali su da mogu proizvoditi svjetlost i u lišću biljke koja se zove tajlandsko slonovsko uho, čiji listovi mogu biti široki i preko 30 centimetara, što je površina koja bi svjetleće biljke učinila korisnima i za osvjetljenje eksterijera.
Znanstvenici su isto tako istražili da li nanočestice remete normalno funkcioniranje biljke pa su u vezi s tim otkrili da biljka tijekom deset dana od unosa nanočestica normalno provodi fotosintezu te isparava vodu kroz stomate. Po završetku eksperimenata, znanstvenici su uspjeli izvući oko 60 posto nanočestica iz biljaka te ih iskoristiti u drugim biljkama.
Izvor: Nano Magazine
