Nanodeeltjes laten planten oplichten als een lamp

Als het aan MIT ligt, verlichten planten over niet al te lange tijd onze straten en pleinen. Onderzoekers van de Amerikaanse universiteit hebben namelijk nanodeeltjes in planten gebracht, waardoor ze oplichten in het donker. Na verloop van tijd neemt de lichtopbrengst af, maar de planten zijn weer opnieuw ‘op te laden’.

Het onderzoek bouwt voort op werk uit 2017, waarin dezelfde vakgroep al waterkers liet oplichten. Hoe cool en bijzonder dat ook was, de plantjes gaven toen nog veel te weinig licht om er iets praktisch mee te kunnen.

Vuurvliegjes

Daarin zetten de MIT’ers nu een volgende stap. Ze hebben de stoffen die de waterkers aan het gloeien brachten — luciferase en luciferine, de lichtgevende stoffen in vuurvliegjes — ingeruild voor betere. De stoffen die ze nu gebruiken, werken via fosforescentie: wanneer er licht van een bepaalde kleur (golflengte) op valt, slaat de stof energie op, om die later weer vrij te laten komen in de vorm van licht van een andere kleur. Het principe is bekend van de wijzers van sommige horloges.

Binnenste van het blad

Voor de fosforescerende nanodeeltjes gebruikte het team strontiumaluminaat. Het bedekte deze deeltjes met silica zodat ze de planten niet kunnen beschadigen. Deze kleine deeltjes werden vervolgens via de poriën van de bladeren in de plant ingebracht. De deeltjes verzamelen zich uiteindelijk in de binnenste laag van het blad, het mesofyl, zie de figuur hieronder.

Tien keer helderder

Het licht was ongeveer tien keer helderder dan bij het onderzoek aan de waterkers. En ook niet onbelangrijk: het inbrengen van de nanodeeltjes is niet schadelijk voor het functioneren van de planten. De fotosynthese en de verdamping van water via hun bladeren gaan gewoon door, melden de onderzoekers in een recent artikel in Science Advances (open access).

Uur lang

Wanneer deze planten worden blootgesteld aan zonlicht of aan ledlicht, lichten ze groen op. Uit experimenten blijkt dat een blootstelling van maar tien seconden aan blauw ledlicht de planten tot een uur lang laat gloeien.

Daarbij is het licht, niet geheel verrassend, in de eerste paar minuten op zijn felst, daarna neemt de intensiteit geleidelijk af. Het team heeft de techniek inmiddels getest op verschillende planten, waaronder waterkers, tabak, basilicum, madeliefjes en olifantsoor.

Stoffen samenvoegen

In vervolgexperimenten gaan de ingenieurs de gebruikte stoffen — strontiumaluminaat, luciferase en luciferine — samenvoegen om te proberen de lichtintensiteit van een plant verder te verhogen.

Zo hopen ze uiteindelijk echt te komen tot planten die met hun lichtgevende eigenschappen inzetbaar zijn in de openbare ruimte. Daardoor is er minder straatverlichting nodig en kan hopelijk het energieverbruik, en de daarbij horende CO₂-uitstoot, omlaag.

‘Het is best een gewaagd idee om omgevingslicht op te wekken met de hernieuwbare chemische energie van levende planten’, zegt Sheila Kennedy, een van de auteurs van de studie in een nieuwsbericht van MIT. ‘Het betekent een fundamentele verandering in hoe we denken over levende planten en elektrische energie voor verlichting.’