Инженеры создали светоизлучающие установки, которые можно заряжать многократно

Прочитано: 303 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Используя специальные наночастицы, внедренные в листья растений, инженеры Массачусетского технологического института создали светоизлучающую установку, которая может заряжаться от светодиода. После 10 секунд зарядки растения будут ярко светиться в течение нескольких минут, и их можно повторно заряжать.

Эти растения могут производить свет в 10 раз ярче, чем первое поколение светящихся растений, о которых исследовательская группа сообщила в 2017 году.

«Мы хотели создать светоизлучающую установку с частицами, которые будут поглощать свет, накапливать часть его и постепенно излучать», — говорит Майкл Страно, профессор химической инженерии Карбон П. Дуббс в Массачусетском технологическом институте и старший автор новой книги. учиться. «Это большой шаг к растительному освещению».

«Создание окружающего света с использованием возобновляемой химической энергии живых растений — смелая идея», — говорит Шейла Кеннеди, профессор архитектуры Массачусетского технологического института и автор статьи, которая работала с группой Страно по освещению растений. «Это фундаментальный сдвиг в нашем понимании живых растений и электроэнергии для освещения».

Частицы также могут повысить светоотдачу любого другого типа светоизлучающей установки, в том числе тех, которые изначально были разработаны лабораторией Страно. Эти растения используют наночастицы, содержащие фермент люциферазу, который содержится в светлячках, для получения света. Способность смешивать и сопоставлять функциональные наночастицы, вставленные в живое растение, для получения новых функциональных свойств является примером развивающейся области «растительной нанобионики».

Павел Гордийчук, бывший постдок Массачусетского технологического института, является ведущим автором новой статьи, которая опубликована в Science Advances .

Легкий конденсатор


Лаборатория Страно уже несколько лет работает в новой области растительной нанобионики, цель которой — придать растениям новые свойства, встраивая в них различные типы наночастиц. Их первое поколение светоизлучающих растений содержало наночастицы, несущие люциферазу и люциферин, которые вместе придают светлячкам свечение. Используя эти частицы, исследователи создали кресс-салат, который в течение нескольких часов мог излучать тусклый свет — примерно одну тысячную от количества, необходимого для чтения.

В новом исследовании Страно и его коллеги хотели создать компоненты, которые могли бы увеличить продолжительность света и сделать его ярче. Им пришла в голову идея использовать конденсатор, который является частью электрической цепи, которая может накапливать электричество и высвобождать его при необходимости. В случае светящихся растений можно использовать световой конденсатор для хранения света в форме фотонов, а затем постепенно высвобождать его с течением времени.

Чтобы создать свой «легкий конденсатор», исследователи решили использовать материал, известный как люминофор. Эти материалы могут поглощать видимый или ультрафиолетовый свет, а затем медленно выделять его в виде фосфоресцентного свечения. В качестве люминофора исследователи использовали соединение под названием алюминат стронция, которое может быть преобразовано в наночастицы. Перед тем, как внедрить их в растения, исследователи покрыли частицы кремнеземом, который защищает растение от повреждений.

Частицы диаметром в несколько сотен нанометров могут проникать в растения через устьица — небольшие поры, расположенные на поверхности листьев. Частицы накапливаются в губчатом слое, называемом мезофиллом, где они образуют тонкую пленку. По словам исследователей, главный вывод нового исследования заключается в том, что мезофилл живого растения может отображать эти фотонные частицы, не повреждая растение или не жертвуя световыми свойствами.

Эта пленка может поглощать фотоны солнечного света или светодиода. Исследователи показали, что после 10 секунд воздействия синего светодиода их растения могут излучать свет примерно в течение часа. Свет был самым ярким в течение первых пяти минут, а затем постепенно уменьшался. Установки можно непрерывно заряжать в течение как минимум двух недель, как команда продемонстрировала во время экспериментальной выставки в Смитсоновском институте дизайна в 2019 году.

«Нам нужен интенсивный свет, подаваемый в виде одного импульса в течение нескольких секунд, и он может заряжать его», — говорит Гордичук. «Мы также показали, что можем использовать большие линзы, такие как линзы Френеля, для передачи нашего усиленного света на расстояние более одного метра. Это хороший шаг к созданию освещения в масштабе, доступном людям».

«Выставка« Свойства растений »в Смитсоновском институте продемонстрировала видение будущего, в котором осветительная инфраструктура из живых растений является неотъемлемой частью пространств, в которых люди работают и живут», — говорит Кеннеди. «Если бы живые растения могли стать отправной точкой передовых технологий, растения могли бы заменить нашу нынешнюю неустойчивую городскую электрическую сеть освещения для взаимной выгоды всех видов, зависящих от растений, включая людей».

Масштабное освещение

Исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что подход «светового конденсатора» может работать на многих различных видах растений, включая базилик, кресс-салат и табак. Они также показали, что могут освещать листья растения, называемого таиландским слоновьим ухом, которое может иметь ширину более фута — размер, который может сделать растения полезными в качестве источника наружного освещения.

Исследователи также исследовали, мешают ли наночастицы нормальному функционированию растений. Они обнаружили, что в течение 10-дневного периода растения смогли нормально фотосинтезировать и испарять воду через устьица. По окончании экспериментов исследователи смогли извлечь около 60 процентов люминофоров из растений и повторно использовать их в другом растении.

Исследователи в лаборатории Страно сейчас работают над объединением частиц конденсатора люминофора с наночастицами люциферазы, которые они использовали в своем исследовании 2017 года, в надежде, что объединение двух технологий приведет к созданию растений, которые могут производить еще более яркий свет в течение более длительных периодов времени.

Инженеры создали светоизлучающие установки, которые можно заряжать многократно



Новости партнеров

Загрузка...