گیاهان ساطع کننده نور

دانشمندان روشنایی شهری پایدار را با گیاهان ساطع کننده نور افزایش می دهند. مهندسان MIT با استفاده از نانوذرات تخصصی تعبیه شده در برگ های گیاه، یک نیروگاه ساطع کننده نور ایجاد کرده اند که می تواند توسط LED شارژ شود. پس از 10 ثانیه شارژ، گیاهان برای چند دقیقه درخشان می درخشند و می توان آن ها را بارها و بارها شارژ کرد.این گیاهان می توانند نوری تولید کنند که 10 برابر روشن تر از نسل اول گیاهان درخشانی است که گروه تحقیقاتی در سال 2017 گزارش کردند.

مایکل استرانو، پروفسور مهندسی شیمی کربن اعلام کرد: این یک گام بزرگ به سمت نورپردازی مبتنی بر گیاه است.

شیلا کندی، استاد معماری در MIT و نویسنده مقاله که با گروه Strano در زمینه نورپردازی گیاهی کار کرده است، می گوید: ایجاد نور محیط با انرژی شیمیایی تجدیدپذیر گیاهان زنده ایده جسورانه ای است. این نشان دهنده یک تغییر اساسی در نحوه تفکر ما در مورد گیاهان زنده و انرژی الکتریکی برای روشنایی است.

این ذرات همچنین می توانند تولید نور را در هر نوع دیگر از گیاهان ساطع کننده نور، از جمله آنهایی که آزمایشگاه Strano در ابتدا توسعه داده بودند، افزایش دهند. این گیاهان از نانوذرات حاوی آنزیم لوسیفراز که در کرم شب تاب یافت می شود برای تولید نور استفاده می کنند. توانایی ترکیب و تطبیق نانوذرات کاربردی وارد شده به یک گیاه زنده برای تولید خواص عملکردی جدید، نمونه ای از حوزه نوظهور نانوبیونیک گیاهی است.

آزمایشگاه Strano چندین سال است که در زمینه جدید نانوبیونیک گیاهی کار می کند، که هدف آن ارائه ویژگی های جدید به گیاهان با جاسازی آنها با انواع مختلف نانوذرات است. اولین نسل از گیاهان ساطع کننده نور آنها حاوی نانوذرات حامل لوسیفراز و لوسیفرین بود که با هم کار می کنند تا به کرم شب تاب درخشش دهند. با استفاده از این ذرات، محققان گیاهان شاهی آبی تولید کردند که می توانستند نور ضعیفی را ساطع کنند، تقریباً یک هزارم مقدار مورد نیاز برای خواندن برای چند ساعت.

در مطالعه جدید، استرانو و همکارانش می خواستند اجزایی بسازند که بتواند طول مدت نور را افزایش داده و آن را روشن تر کند. آنها ایده استفاده از یک خازن را مطرح کردند که بخشی از یک مدار الکتریکی است که می تواند الکتریسیته را ذخیره کرده و در صورت نیاز آن را آزاد کند. در مورد گیاهان درخشان، می توان از یک خازن نور برای ذخیره نور به شکل فوتون استفاده کرد و سپس به مرور زمان آن را به تدریج آزاد کرد.

محققان برای ایجاد خازن نور خود تصمیم گرفتند از نوعی ماده به نام فسفر استفاده کنند. این مواد می توانند نور مرئی یا فرابنفش را جذب کنند و سپس به آرامی آن را به عنوان یک درخشش فسفری آزاد کنند. محققان از ترکیبی به نام آلومینات استرانسیوم که می تواند به نانوذرات تبدیل شود، به عنوان فسفر خود استفاده کردند. قبل از قرار دادن آنها در گیاهان، محققان ذرات را در سیلیس پوشانده بودند که گیاه را از آسیب محافظت می کند.

این ذرات که چند صد نانومتر قطر دارند، می توانند از طریق روزنه ها - منافذ کوچکی که روی سطوح برگ ها قرار دارند - به گیاهان تزریق شوند. این ذرات در یک لایه اسفنجی به نام مزوفیل جمع می شوند و در آنجا یک لایه نازک تشکیل می دهند.

یه گفته محققان، نتیجه اصلی مطالعه جدید این است که مزوفیل یک گیاه زنده را می توان طوری ساخت که این ذرات فوتونیک را بدون آسیب رساندن به گیاه یا از بین بردن ویژگی های نوری به نمایش بگذارد.این فیلم می تواند فوتون ها را از نور خورشید یا LED جذب کند. محققان نشان دادند که پس از 10 ثانیه قرار گرفتن در معرض LED آبی، گیاهان آنها می توانند حدود یک ساعت نور ساطع کنند. نور در پنج دقیقه اول بیشترین میزان را داشت و سپس به تدریج کاهش یافت. همانطور که تیم در یک نمایشگاه آزمایشی در مؤسسه طراحی اسمیتسونیان در سال 2019 نشان داد، گیاهان را می توان به طور مداوم حداقل برای دو هفته شارژ کرد.

گوردیچوک می گوید: ما باید نور شدیدی داشته باشیم که به صورت یک پالس برای چند ثانیه ارسال شود و بتواند آن را شارژ کند. ما همچنین نشان دادیم که می توانیم از لنزهای بزرگ، مانند لنز فرنل، برای انتقال نور تقویت شده خود به فاصله بیش از یک متر استفاده کنیم. این گام خوبی برای ایجاد نور در مقیاسی است که مردم بتوانند از آن استفاده کنند. کندی می گوید: نمایشگاه خصوصیات گیاهی در اسمیتسونیان چشم انداز آینده را نشان داد که در آن زیرساخت های روشنایی از گیاهان زنده بخشی جدایی ناپذیر از فضاهایی است که مردم در آن کار و زندگی می کنند. اگر گیاهان زنده می توانند نقطه شروع فناوری پیشرفته باشند، گیاهان ممکن است جایگزین شبکه روشنایی الکتریکی ناپایدار کنونی ما شوند تا به نفع متقابل همه گونه های وابسته به گیاه از جمله مردم باشند.