Utilizando nanopartículas capaces de almacenar y liberar luz de forma gradual, ingenieros del MIT han creado una planta emisora de luz que puede ser cargada por un LED. Después de 10 segundos de carga, las plantas brillan intensamente durante varios minutos, y se pueden recargar repetidamente.
Ya en el año 2017, el mismo grupo de investigación, presentó una primera generación de “plantas brillantes” que eran 10 veces menos brillantes que las actuales. “Queríamos crear una planta emisora de luz con partículas que absorbieran la luz, almacenaran parte de ella y la emitieran gradualmente”, explica Michael Strano, Carbon P. Profesor Dubbs de Ingeniería Química en el MIT y autor principal del nuevo estudio. “Este es un gran paso hacia la iluminación basada en plantas”.
Esas plantas utilizan nanopartículas que contienen la enzima luciferasa, que se encuentra en las luciérnagas, para producir luz. La capacidad de mezclar y combinar nanopartículas funcionales insertadas en una planta viva para producir nuevas propiedades funcionales es un ejemplo del campo emergente de la «nanobiónica vegetal».
Un condensador de luz
El laboratorio de Strano ha estado trabajando durante varios años en el nuevo campo de la nanobiónica vegetal, que tiene por objeto dar a las plantas nuevas características al incrustables diferentes tipos de nanopartículas.
Su primera generación de plantas emisoras de luz contenían nanopartículas que transportan luciferasa y luciferina, capaces de trabajar juntas para dar la característica luz de las luciérnagas. Usando estas partículas, los investigadores generaron plantas de berros que podían emitir una luz tenue, aproximadamente una milésima parte de la cantidad necesaria para leer, durante unas horas.
En el nuevo estudio, Strano y sus colegas querían crear componentes que pudieran extender las duración de la luz y hacerla más brillante. Se les ocurrió la idea de usar un condensador, que es parte de un circuito eléctrico que puede almacenar electricidad y liberarla cuando sea necesario. En el caso de las plantas brillantes, se puede utilizar un condensador de luz para almacenar luz en forma de fotones, luego liberarla gradualmente con el tiempo.
Para crear su «condensador de luz», los investigadores decidieron utilizar un tipo de material conocido como fósforo. Estos materiales pueden absorber la luz visible o ultravioleta y luego liberarla lentamente como un resplandor fosforescente. Los investigadores utilizaron un compuesto llamado aluminato de estroncio, que se puede formar en nanopartículas, como su fósforo. Antes de incrustarlos en las plantas, los investigadores recubrieron las partículas con sílice, lo que protege a la planta del daño.
Las partículas, que tienen varios cientos de nanómetros de diámetro, pueden introducirse en las plantas a través de los estomas, pequeños poros situados en la superficie de las hojas. Las partículas se acumulan en una capa esponjosa llamada mesófila, donde forman una película delgada. Una de las principales conclusiones del nuevo estudio es que se puede hacer que la mesófila de una planta viva muestre estas partículas fotónicas sin dañar la planta ni sacrificar las propiedades de iluminación, dicen los investigadores.
Esta película es capaz de absorber fotones de la luz solar o de un LED. Los investigadores mostraron que después de 10 segundos de exposición al LED azul, sus plantas podían emitir luz durante aproximadamente una hora. La luz fue más brillante durante los primeros cinco minutos y luego disminuyó gradualmente. Las plantas se pueden recargar continuamente durante al menos dos semanas, como demostró el equipo durante una exposición experimental en el Instituto Smithsonian de Diseño en 2019.
«Necesitamos tener una luz intensa, entregada como un pulso durante unos segundos, y eso puede cargarla. También mostramos que podemos usar lentes grandes, como una lente Fresnel, para transferir nuestra luz amplificada a una distancia de más de un metro. Este es un buen paso hacia la creación de iluminación a una escala que la gente pueda usar”, explica Pavlo Gordiichuk, un ex postdoctorado del MIT, que es el autor principal del nuevo artículo, que aparece en Science Advances.
Iluminación a gran escala
Los investigadores del MIT descubrieron que el método del «condensador de luz» puede funcionar en muchas especies de plantas diferentes, como la albahaca, el berro y el tabaco. También demostraron que podían iluminar las hojas de una planta llamada oreja de elefante de Tailandia, que puede tener más de 30 centímetros de ancho, un tamaño que podría hacer que las plantas fueran útiles como fuente de iluminación exterior.
Los investigadores también investigaron si las nanopartículas interfieren con la función normal de la planta. Encontraron que durante un período de 10 días, las plantas pudieron realizar la fotosíntesis de forma normal, así como evaporar el agua a través de sus estomas. Una vez terminados los experimentos, los investigadores pudieron extraer alrededor del 60 por ciento de los fósforos de las plantas y reutilizarlos en otra planta.
Los investigadores ahora están trabajando en combinar las partículas del condensador de luz de fósforo con las nanopartículas de luciferasa que utilizaron en su estudio de 2017, con la esperanza de que la combinación de las dos tecnologías produzca plantas que puedan producir luz aún más brillante, durante períodos de tiempo más largos.
Fuente de imagen de portada: Strano Research Group Department of Chemical Engineering at MIT
