Cây ‘Phát sáng trong bóng tối’ có thể sạc lại là ánh sáng xanh mà chúng ta đang chờ đợi

Các nhà khoa học đang nghiên cứu về đời sống thực vật có thể sạc lại, phát sáng trong bóng tối, một ngày nào đó có thể thay thế một số đèn điện kém hiệu quả, tiêu tốn nhiều năng lượng mà chúng ta hiện đang sử dụng cho cuộc sống hiện đại.

Công nghệ này hoạt động thông qua các hạt nano được nhúng gần bề mặt của lá. Một lần sạc từ đèn LED kéo dài 10 giây là đủ để cây phát sáng rực rỡ trong vài phút và các hạt nano sau đó có thể được sạc lại nhiều lần.

Nghiên cứu này là một phần của lĩnh vực còn non trẻ nhưng đang phát triển được gọi là thực vật nanobionics: sử dụng các hạt nano để bổ sung thêm các chức năng và khả năng cho thực vật sống. Đây là thế hệ thứ hai của công nghệ được phát triển.

Kỹ sư hóa học Michael Strano từ MIT cho biết: “Chúng tôi muốn tạo ra một nhà máy phát sáng với các hạt hấp thụ ánh sáng, lưu trữ một phần và phát ra ánh sáng dần dần. “Đây là một bước tiến lớn đối với chiếu sáng dựa trên thực vật.”

(Strano và cộng sự, Science Advances, 2021)

Ở lõi của các cây phát sáng là các tụ điện có thể lưu trữ ánh sáng dưới dạng các photon, sau đó giải phóng chúng theo thời gian. Một hợp chất được gọi là stronti aluminat đã được sử dụng làm phốt pho – một vật liệu có thể hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím, và phát ra ánh sáng dưới dạng ánh sáng.

Aluminat stronti có thể được hình thành thành các hạt nano, và các chấm cực nhỏ sau đó được phủ trong silica để bảo vệ chúng khỏi bị hư hại. Sau đó, chúng được nhúng vào khí khổng của cây – những lỗ nhỏ trên bề mặt lá cho phép khí đi vào hoặc ra khỏi mô của cây – tích tụ như một lớp màng mỏng bên trong lớp mô trung bì xốp.

Nhóm đã có thể đưa công nghệ này hoạt động hiệu quả trên 5 loài thực vật khác nhau, bao gồm nhiều loại lá khác nhau: húng quế, cải xoong, thuốc lá, cúc và cây tai voi Thái Lan.

Pavlo Gordiichuk, nhà khoa học nano của MIT cho biết: “Chúng ta cần có một ánh sáng cường độ cao, phát ra dưới dạng một xung trong vài giây và có thể sạc nó.

“Chúng tôi cũng cho thấy rằng chúng tôi có thể sử dụng các thấu kính lớn, chẳng hạn như thấu kính Fresnel, để truyền ánh sáng khuếch đại của chúng tôi đi khoảng cách hơn 1 mét. Đây là một bước tiến tốt để tạo ra ánh sáng ở quy mô mà mọi người có thể sử dụng.”

Một trái tai voi Thái Lan được chiếu sáng. (Strano và cộng sự, Science Advances, 2021)

Phân tích sâu hơn cho thấy cây vẫn quang hợp bình thường và có thể tiếp tục bốc hơi nước qua khí khổng. Sau các thí nghiệm, các nhà khoa học đã có thể chiết xuất và tái sử dụng khoảng 60% lượng phốt pho đã được sử dụng.

Điều khiến công nghệ này trở nên hứa hẹn hơn nữa là đó là một sự nâng cấp đáng kể so với các hạt nano thế hệ đầu tiên được sử dụng để tạo ra cây phát sáng, vốn sử dụng enzym luciferase và luciferin (như được tìm thấy trong đom đóm) để tạo ra ánh sáng rất mờ.

Các nhà nghiên cứu cho biết các loại hạt nano khác nhau có thể được kết hợp trên cùng một loại cây.

Chúng tôi vẫn còn cách để công nghệ này trở thành một thứ có thể được sử dụng thực tế – tuổi thọ của từng lá để sạc lại dường như là khoảng hai tuần. Nhưng chắc chắn đó là một sự đổi mới sáng giá để theo dõi tương lai, một ngày nào đó có thể thay đổi cách chúng ta nhìn mọi thứ theo đúng nghĩa đen.

Nhà nghiên cứu kiến ​​trúc Sheila Kennedy của MIT cho biết: “Tạo ra ánh sáng xung quanh bằng năng lượng hóa học tái tạo của thực vật sống là một ý tưởng táo bạo.

“Nó đại diện cho một sự thay đổi cơ bản trong cách chúng ta nghĩ về thực vật sống và năng lượng điện để chiếu sáng.”

Nghiên cứu đã được xuất bản trong Tiến bộ Khoa học.