Bilim

Yapraklarına gömülen nanoparçacıklar ile ışık yayan bitki yaratıldı

Mühendisler, ışığı depolayan ve yavaş yavaş serbest bırakan nanoparçacıkları kullanarak, tekrar şarj edilebilen bitkiler oluşturdu.

Bitki yapraklarına gömülü özel nanoparçacıkları kullanan MIT mühendisleri, bir LED ile şarj edilerek ışık yayan bir bitki yarattılar. Bitkiler, 10 saniyelik şarjdan sonra, birkaç dakika boyunca parlıyor ve tekrar tekrar şarj edilebiliyor. Bu bitkiler, araştırma grubunun 2017 yılında gerçekleştirdiği çalışmalarında bildirdiği ilk nesil parlayan bitkilerden 10 kat daha parlak ışık üretebiliyor. MIT’den bir profesör, bu çalışmanın bitki bazlı aydınlatmaya doğru atılmış büyük bir adım olduğunu belirtiyor. Çalışma ekibi ayrıca, canlı bitkilerin yenilenebilir kimyasal enerjisiyle ortam ışığı yaratmanın, aydınlatma için elektrik enerjisiyle çalışan canlı bitkiler için de temel bir değişimi temsil ettiğini dile getiriyor.

Çalışmadaki parçacıklar, diğer herhangi bir ışık yayan bitki türünün ışık üretimini de artırabiliyor. Bu bitkiler, ışık üretmek için ateşböceklerindeki 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 örneğini temsil ediyor.

Işık kondansatörü

Araştırmanın yapıldığı laboratuvarda, bitkilere farklı türde nanoparçacıklar yerleştirilerek yeni özellikler kazandırmayı amaçlayan yeni bitki nanobiyonik alanında da birkaç yıldır çalışılıyor. İlk nesil ışık yayan bitkiler, ateşböceklerine ışıltı vermek için birlikte çalışan lusiferaz ve lusiferin taşıyan nanopartiküller içeriyordu. Bu parçacıkları kullanarak araştırmacılar, birkaç saat boyunca okuması gereken miktarın yaklaşık binde biri olan loş ışık yayan su teresi bitkileri ürettiler.

Yeni çalışmada ise ışığın süresini uzatabilecek ve daha parlak hale getirebilecek bileşenler oluşturmak hedeflendi. Araştırmacılar, elektriği depolayabilen ve gerektiğinde serbest bırakabilen bir elektrik devresinin parçası olan bir kondansatör kullanma fikrini ortaya attılar. Parlayan bitkiler, ışığı fotonlar şeklinde depolamak için bir ışık kondansatörü kullanılabiliyor ve ardından zaman içinde yavaş yavaş serbest bırakılıyor.

Araştırmacılar, ışık kapasitörlerini oluşturmak için fosfor olarak bilinen bir tür malzeme kullanmaya karar verdiler. Bu malzemeler, görünür veya ultraviyole ışığı emebiliyor ve daha sonra onu fosforlu bir parıltı olarak yavaşça serbest bırakabiliyor. Ayrıca fosfor olarak nanoparçacıklara dönüştürülebilen stronsiyum ‘alüminat’ adı verilen bir bileşik kullanıldı. Alüminat bitkilere yerleştirilmeden önce, parçacıkları bitkiyi hasardan koruyan silika ile kaplandılar.

Çapı birkaç yüz nanometre olan parçacıklar, yaprakların yüzeylerinde bulunan küçük gözenekler olan stoma yoluyla bitkilere aşılanabiliyor. Parçacıklar, ince bir film oluşturdukları ‘mezofil’ adı verilen süngerimsi bir tabaka halinde birikiyor. Araştırmacılar, yeni çalışmalarının önemli bir sonucu olarak, canlı bir bitkinin mezofilinin, fotonik parçacıkları bitkiye zarar vermeden ve aydınlatma özelliklerinden ödün vermeden görüntülemek için yapılabileceğini söylüyor.

Bu film, güneş ışığından veya bir LED’den gelen fotonları emebiliyor. Araştırmacılar bu sayede, 10 saniyelik mavi LED’e maruz kaldıktan sonra bitkilerinin yaklaşık bir saat boyunca ışık yayabildiğini kanıtladı. Işık ilk 5 dakika boyunca parlaklığını koruyup sonrasında yavaş yavaş azaldı. Ekip, 2019 yılında Smithsonian Tasarım Enstitüsü’ndeki deneysel bir sergide ise bu bitkilerin en az iki hafta boyunca sürekli olarak şarj edilebileceğini gösterdi.

Büyük ölçekli aydınlatma

MIT araştırmacıları, “hafif kondansatör” yaklaşımının fesleğen, su teresi ve tütün dahil olmak üzere birçok farklı bitki türünde işe yarayabileceğini keşfettiler. Ayrıca, Tayland fil kulağı adı verilen ve bir ayak genişliğinde olabilen bir bitkinin yapraklarını aydınlatabileceklerini de gösterdiler. Bu, bitkileri dış mekan aydınlatma kaynağı olarak yararlı hale getirebilecek bir boyut olarak gösteriliyor.

Araştırmacılar ayrıca nanopartiküllerin normal bitki fonksiyonuna müdahale edip etmediğini de araştırdılar. 10 günlük bir süre boyunca, bitkilerin normal olarak fotosentez yapabildiklerini ve stomalarından suyu buharlaştırabildikleri sonucuna ulaştılar. Deneyler bittiğinde, araştırmacılar fosforun yaklaşık %60’ını bitkilerden çıkarıp bunları başka bir bitkide yeniden kullandılar.

Çalışma ekibi şimdilerde, iki teknolojinin birleştirilmesinin daha uzun süreler için daha da parlak ışık üretebilen bitkiler üreteceğini umarak, 2017’deki çalışmalarında kullandıkları lusiferaz nanoparçacıkları ile fosfor ışık kapasitör parçacıklarını birleştirmeye çalışıyor.

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu