Mühendisler, ışığı depolayan ve kademeli olarak serbest bırakan nanopartikülleri kullanarak; şarj edilebilen, ışık yayan bitkiler oluşturdu.
MIT mühendisleri, bitki yapraklarına gömülü özel nanopartiküller kullanarak LED ile tekrar tekrar şarj edilebilen, ışık yayan bitkiler elde etti. 10 saniyelik şarjın ardından bitkiler, birkaç dakika boyunca ışık yayabiliyor. Yapılan son çalışmalarda elde edilen sonuç ürünler, araştırma grubunun 2017’de bildirdiği birinci nesil “parlayan bitkiler”den 10 kat daha parlak ışık üretebiliyor.
“Işığı emecek, bir kısmını depolayacak ve yavaş yavaş yayacak parçacıklara sahip ışık yayan bir bitki oluşturmak istedik. Bu, bitki bazlı aydınlatmaya doğru büyük bir adım.” – –MIT’de Carbon P. Dubbs Kimya Mühendisliği Profesörü Michael Strano
Parçacıklar ayrıca, Strano’nun laboratuvar ekibinin orijinal olarak geliştirdiği bitkiler dahil olmak üzere, diğer herhangi bir tür ışık yayan bitkinin ışık üretimini de artırabiliyor. Bu bitkiler, ışık üretmek için ateşböceklerinde bulunan lusiferaz enzimini içeren nanoparçacıkları kullanıyor. Yeni fonksiyonel özellikler üretmek için canlı bir bitkiye eklenen fonksiyonel nanopartikülleri karıştırma ve eşleştirme yeteneği, ortaya çıkan “bitki nanobiyonikleri” alanının bir örneği.
Strano’nun laboratuvarı, bitkilere farklı türde nanopartiküller yerleştirerek yeni özellikler kazandırmayı amaçlayan bu alan üzerine birkaç yıldır çalışıyor. Son çalışmalarında ise Strano ve meslektaşları, ışığın süresini uzatabilecek ve daha parlak hale getirebilecek bileşenler oluşturmak istemişler. Elektriği depolayabilen ve gerektiğinde serbest bırakabilen bir devrenin parçası olarak bir kapasitör kullanma fikrini ortaya atmışlar. Parlayan bitkiler söz konusu olduğunda, ışığı fotonlar şeklinde depolamak için bir ışık kondansatörü kullanılabiliyor ve ardından zaman içinde yavaş yavaş serbest bırakılıyor. Araştırmacılar, “ışık kapasitörlerini” oluşturmak için “fosfor” kullanmaya karar vermişler. Bu malzeme, görünür veya ultraviyole ışığı emebiliyor ve daha sonra onu bir parıltı olarak yavaşça serbest bırakabiliyor. Araştırmacılar, fosfor olarak nanoparçacıklara dönüştürülebilen stronsiyum alüminat adı verilen bir bileşen kullanmışlar ve bunu bitkilere yerleştirmeden önce, parçacıkları bitkiyi hasardan koruyan silika ile kaplamışlar.
Birkaç yüz nanometre çapındaki parçacıklar, yaprakların yüzeyinde bulunan küçük gözenekler olan stoma yoluyla bitkilere aşılanabiliyor. Parçacıklar, ince bir film oluşturdukları mezofil adı verilen süngerimsi bir tabakada birikiyor. Bu film, güneş ışığından veya bir LED’den gelen fotonları emebiliyor. Araştırmacılar, 10 saniyelik mavi LED’e maruz kaldıktan sonra bitkilerin yaklaşık bir saat boyunca ışık yayabildiğini gösterdi. Işık ilk beş dakika boyunca en parlak haldeyken, sonrasında yavaş yavaş gücünü kaybediyor. Ekip, 2019’da Smithsonian Tasarım Enstitüsü’ndeki deneysel bir sergide gösterdiği gibi, bitkiler en az iki hafta boyunca sürekli olarak şarj edilebiliyor.
“Birkaç saniye boyunca tek bir darbe olarak iletilen yoğun bir ışığa ihtiyacımız var ve bu (sistem) onu şarj edebilir. Ayrıca, güçlendirilmiş ışığımızı bir metreden fazla mesafeye aktarmak için Fresnel lens gibi büyük lensler kullanabileceğimizi gösterdik. Bu, insanların kullanabileceği bir ölçekte aydınlatma yaratmak için iyi bir adım.
– Science Advances’ta yayınlanan makalenin baş yazarı, eski MIT Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi Pavlo Gordiichuk
“Smithsonian’daki Plant Properties sergisi, canlı bitkilerden gelen aydınlatma altyapısının insanların çalıştığı ve yaşadığı alanların ayrılmaz bir parçası olduğu bir gelecek vizyonu gösterdi. Yaşayan bitkiler ileri teknolojinin başlangıç noktası olabilseydi, insanlar da dahil olmak üzere bitkilere bağımlı tüm türlerin karşılıklı yararı için bitkiler mevcut sürdürülebilir olmayan kentsel elektrik aydınlatma şebekemizin yerini alabilir.”
– MIT’de mimarlık profesörü ve bitki bazlı aydınlatma üzerine Strano’nun grubuyla çalıştığı makalenin yazarı Sheila Kennedy
Büyük Ölçekli Aydınlatma
MIT araştırmacıları, “ışık kapasitörü” yaklaşımının fesleğen, su teresi ve tütün dahil olmak üzere birçok farklı bitki türünde işe yarayabileceğini keşfetmişler. Ayrıca, Tayland fil kulağı adı verilen bir bitkinin yapraklarını aydınlatabileceklerini de gösterdiler. Bu, bitkileri dış mekan aydınlatma kaynağı olarak yararlı hale getirebilecek bir boyut.
Araştırmacılar ayrıca nanoparçacıkların normal bitki işlevine müdahale edip etmediğini de araştırmış. 10 günlük bir süre boyunca bitkilerin normal şekilde fotosentez yapabildiklerini ve stomalarından suyu buharlaştırabildiklerini buldular. Deneyler bittiğinde araştırmacılar, fosforun yaklaşık yüzde 60’ını bitkilerden çıkarmayı ve başka bir bitkide yeniden kullanmayı başarmışlar.
Strano’nun laboratuvarındaki araştırmacılar, iki teknolojinin birleştirilmesinin daha uzun süreler için daha da parlak ışık üretebilen bitkiler üreteceğini umarak, 2017 çalışmalarında kullandıkları lusiferaz nanoparçacıkları ile fosfor ışık kapasitör parçacıklarını birleştirmek üzerinde çalışıyorlar. Araştırma, Tayland Magnolia Quality Development Corp., Profesör Amar G. Bose Araştırma Bursu, MIT’nin Gelişmiş Lisans Araştırma Olanakları Programı, Singapur Bilim, Araştırma ve Teknoloji Ajansı, bir Samsung bursu ve bir Alman Araştırma Vakfı araştırma bursu tarafından finanse ediliyor.