MIT-Forscher haben erfolgreich entwickelt Pflanzen, die im Dunkeln leuchten durch Einbetten der Blätter mit speziellen Nanopartikeln.
Diese neue Technologie könnte nach Ansicht der Forscher optimiert werden und dazu führen, dass Pflanzen unsere Lichtquellen sind. Eines Tages brauchen wir also keine Schreibtischlampe oder Straßenlaterne mehr. Stattdessen könnten wir neben einer leuchtenden Pflanze lesen und Spaziergänge auf Wegen unternehmen, die von leuchtenden Bäumen beleuchtet werden.
Die Studie ist veröffentlicht in NANO-Briefen.
Den Forschern ist es bereits gelungen, eine Brunnenkresse dazu zu bringen, fast vier Stunden lang gedämpftes Licht abzugeben.
"Die Vision ist es, eine Pflanze zu bauen, die als Lampe fungiert, die Sie nicht anschließen müssen", sagte MIT-Postdoc Seon-Yeong Kwak, der Hauptautor der Studie. „Das Licht wird letztendlich vom Energiestoffwechsel der Pflanze selbst angetrieben.“
Die pflanzliche Nanobionik ist ein neues Forschungsgebiet, auf dem Pionierarbeit geleistet wurde Michael Strano, der Carbon P. Dubbs Professor für Chemieingenieurwesen am MIT und der leitende Autor der Studie sowie sein Team. Ihr übergeordnetes Ziel ist das Ingenieurwesen Anlagen, die viele der Funktionen ausführen können, die derzeit von elektrischen Geräten ausgeführt werden.
Bisher verwendeten die Forscher die Nanobionik von Pflanzen, um solche Pflanzen zu erzeugen Sprengstoffe erkennen und Dürrebedingungen überwachen.
Da die Beleuchtung fast 20 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs ausmacht, halten die Forscher die Beleuchtung für ein notwendiges neues Angriffsziel für die Nanobionik von Pflanzen.
„Pflanzen können sich selbst reparieren, sie haben ihre eigene Energie und sind bereits an die Umgebung im Freien angepasst“, sagte Strano in einer Erklärung.
Wir denken, das ist eine Idee, deren Zeit gekommen ist. Es ist ein perfektes Problem für die Nanobionik von Pflanzen.
Die Forscher verwendeten drei Komponenten, um ihre leuchtenden Pflanzen zu erzeugen: Luciferase, ein Enzym, das Glühwürmchen zum Leuchten bringt; Luciferin, ein Molekül, auf das Luciferase reagiert und Licht aussendet; und Coenzym A, ein Molekül, das ein Reaktionsnebenprodukt eliminiert, das die Luciferaseaktivität hemmen kann, sodass der Prozess reibungslos verläuft.
Jede Komponente verfügt über einen eigenen Nanopartikel-Träger, der sich in Art und Größe unterscheidet und dafür sorgt, dass die Komponente den richtigen Teil der Pflanze erreicht und keine toxischen Werte erreicht. Diese Nanopartikel bestehen aus Materialien, die von der US-amerikanischen Food and Drug Administration als „allgemein als sicher“ eingestuft wurden.
"Um nanobionische Licht emittierende Pflanzen zu erzeugen, wurden die Pflanzen in eine Druckkammer mit einer Nanopartikelsuspension getaucht, damit die Partikel durch winzige Poren, sogenannte Stomata, in die Blätter gelangen können", sagte Kwak.
Bisher haben die Forscher erfolgreich 10-Zentimeter-Brunnenkresse, Rucola, Spinat und Grünkohlpflanzen modifiziert, obwohl die Methode bei jedem Pflanzentyp angewendet werden kann.
Gegenwärtig ist das von einer 10-Zentimeter-Pflanze erzeugte Licht etwa ein Tausendstel der zum Lesen benötigten Menge, aber die Forscher glauben, dass sie die Stärke des emittierten Lichts sowie die Dauer steigern können, indem sie die Konzentration und die Freisetzungsraten von weiter optimieren die Komponenten.
Ihre frühen Bemühungen ergaben Pflanzen, die nur 45 Minuten lang leuchten konnten, und die sie seitdem auf 3.5 Stunden erhöht haben.
Die Forscher planen, die Technologie so zu entwickeln, dass größere Pflanzen und sogar Bäume als Lichtquellen verwendet werden können, indem Nanopartikel direkt auf die Pflanzenblätter gestrichen oder gesprüht werden.
"Unser Ziel ist es, eine Behandlung durchzuführen, wenn es sich bei der Pflanze um einen Sämling oder eine ausgewachsene Pflanze handelt und diese über die gesamte Lebensdauer der Pflanze hält", sagte Strano in einer Erklärung. "Unsere Arbeit öffnet sehr ernsthaft den Weg zu Straßenlaternen, die nichts anderes als behandelte Bäume sind, und zu indirekter Beleuchtung rund um Häuser."
Die Forscher haben auch gezeigt, dass sie das Licht der Pflanzen durch Zugabe von Nanopartikeln, die einen Luciferase-Inhibitor tragen, ausschalten können. Ihr nächster Schritt ist die Schaffung von Pflanzen, die ihre Lichtemission als Reaktion auf Umgebungsbedingungen wie Sonnenlicht abschalten können, sagte Kwak.
"Pflanzenbasierte Beleuchtung wäre eine enorme und tiefgreifende globale Energiewende", sagte Kwak. „Wir stellen uns eine neue Plattform und ein neues Modell für die Umgebungsbeleuchtung vor, die in einer natürlichen Infrastruktur, die am Ende ihrer Lebensdauer sicher, erneuerbar und kompostierbar ist, gebildet, angebaut, eingesetzt und kompostiert wird.“
