Usando nanopartículas especializadas incrustadas en hojas de plantas, Los ingenieros del MIT han creado una planta emisora ​​de luz que puede cargarse con un LED. Después de 10 segundos de carga, las plantas brillan intensamente durante varios minutos, y se pueden recargar repetidamente.

Estas plantas pueden producir luz 10 veces más brillante que la primera generación de plantas brillantes que informó el grupo de investigación en 2017.

"Queríamos crear una planta emisora ​​de luz con partículas que absorbieran la luz, almacenar algo de eso, y emitirlo gradualmente, "dice Michael Strano, el profesor Carbon P. Dubbs de ingeniería química en el MIT y el autor principal del nuevo estudio. "Este es un gran paso hacia la iluminación basada en plantas".

"Crear luz ambiental con la energía química renovable de plantas vivas es una idea audaz, "dice Sheila Kennedy, profesor de arquitectura en el MIT y autor del artículo que ha trabajado con el grupo de Strano sobre iluminación basada en plantas. "Representa un cambio fundamental en la forma en que pensamos sobre las plantas vivas y la energía eléctrica para la iluminación".

Las partículas también pueden impulsar la producción de luz de cualquier otro tipo de planta emisora ​​de luz, incluidos los desarrollados originalmente por el laboratorio de Strano. Estas plantas utilizan nanopartículas que contienen la enzima luciferasa, que se encuentra en las luciérnagas, para producir luz. La capacidad de mezclar y combinar nanopartículas funcionales insertadas en una planta viva para producir nuevas propiedades funcionales es un ejemplo del campo emergente de la "nanobiónica vegetal".

Pavlo Gordiichuk, un ex postdoctorado del MIT, es el autor principal del nuevo artículo, que aparece en Avances de la ciencia .

Condensador de luz

El laboratorio de Strano ha estado trabajando durante varios años en el nuevo campo de la nanobiónica de plantas, que tiene como objetivo dar a las plantas características novedosas incorporándolas con diferentes tipos de nanopartículas. Su primera generación de plantas emisoras de luz contenía nanopartículas que transportan luciferasa y luciferina, que trabajan juntos para darles su brillo a las luciérnagas. Usando estas partículas, los investigadores generaron plantas de berros que podían emitir luz tenue, aproximadamente una milésima de la cantidad necesaria para leer, por unas pocas horas.

En el nuevo estudio, Strano y sus colegas querían crear componentes que pudieran extender la duración de la luz y hacerla más brillante. Se les ocurrió la idea de usar un condensador, que es parte de un circuito eléctrico que puede almacenar electricidad y liberarla cuando sea necesario. En el caso de las plantas que brillan intensamente, se puede utilizar un condensador de luz para almacenar luz en forma de fotones, luego suéltelo gradualmente con el tiempo.

Para crear su "condensador de luz, "Los investigadores decidieron utilizar un tipo de material conocido como fósforo. Estos materiales pueden absorber luz visible o ultravioleta y luego liberarla lentamente como un resplandor fosforescente. Los investigadores utilizaron un compuesto llamado aluminato de estroncio, que se puede formar en nanopartículas, como su fósforo. Antes de incrustarlos en plantas, los investigadores recubrieron las partículas con sílice, que protege la planta de daños.

Las partículas, que tienen varios cientos de nanómetros de diámetro, se puede infundir en las plantas a través de los estomas, pequeños poros ubicados en la superficie de las hojas. Las partículas se acumulan en una capa esponjosa llamada mesófilo, donde forman una película delgada. Una de las principales conclusiones del nuevo estudio es que se puede hacer que el mesófilo de una planta viva muestre estas partículas fotónicas sin dañar la planta ni sacrificar las propiedades de iluminación. dicen los investigadores.

Esta película puede absorber fotones de la luz solar o de un LED. Los investigadores demostraron que después de 10 segundos de exposición al LED azul, sus plantas podrían emitir luz durante aproximadamente una hora. La luz fue más brillante durante los primeros cinco minutos y luego disminuyó gradualmente. Las plantas se pueden recargar continuamente durante al menos dos semanas, como demostró el equipo durante una exposición experimental en el Instituto Smithsonian de Diseño en 2019.

"Necesitamos tener una luz intensa, entregado como un pulso durante unos segundos, y que pueda cargarlo, "Dice Gordiichuk." También demostramos que podemos usar lentes grandes, como una lente de Fresnel, para transferir nuestra luz amplificada a una distancia de más de un metro. Este es un buen paso hacia la creación de iluminación a una escala que la gente podría usar ".

"La exposición Plant Properties en el Smithsonian demostró una visión de futuro en la que la infraestructura de iluminación de las plantas vivas es una parte integral de los espacios donde la gente trabaja y vive, "Dice Kennedy." Si las plantas vivas pudieran ser el punto de partida de la tecnología avanzada, las plantas podrían reemplazar nuestra actual red de alumbrado eléctrico urbano insostenible para el beneficio mutuo de todas las especies que dependen de las plantas, incluidas las personas ".

Iluminación a gran escala

Los investigadores del MIT descubrieron que el enfoque del "condensador de luz" puede funcionar en muchas especies de plantas diferentes, incluyendo albahaca, berro, y tabaco, los investigadores encontraron. También demostraron que podían iluminar las hojas de una planta llamada oreja de elefante de Tailandia. que puede tener más de un pie de ancho, un tamaño que podría hacer que las plantas sean útiles como fuente de iluminación exterior.

Los investigadores también investigaron si las nanopartículas interfieren con el funcionamiento normal de la planta. Descubrieron que durante un período de 10 días, las plantas pudieron realizar la fotosíntesis normalmente y evaporar el agua a través de sus estomas. Una vez que terminaron los experimentos, los investigadores pudieron extraer alrededor del 60 por ciento de los fósforos de las plantas y reutilizarlos en otra planta.

Los investigadores del laboratorio de Strano ahora están trabajando para combinar las partículas del condensador de luz de fósforo con las nanopartículas de luciferasa que utilizaron en su estudio de 2017. con la esperanza de que la combinación de las dos tecnologías produzca plantas que puedan producir una luz aún más brillante, durante períodos de tiempo más largos.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.