En utilisant des nanoparticules spécialisées intégrées dans les feuilles des plantes, Les ingénieurs du MIT ont créé une centrale électroluminescente qui peut être chargée par une LED. Après 10 secondes de charge, les plantes brillent de mille feux pendant plusieurs minutes, et ils peuvent être rechargés à plusieurs reprises.

Ces plantes peuvent produire une lumière 10 fois plus brillante que la première génération de plantes incandescentes signalées par le groupe de recherche en 2017.

"Nous voulions créer une plante électroluminescente avec des particules qui absorberont la lumière, en stocker une partie, et l'émettre progressivement, " dit Michael Strano, le professeur Carbon P. Dubbs de génie chimique au MIT et l'auteur principal de la nouvelle étude. « C'est un grand pas vers l'éclairage à base de plantes. »

"Créer une lumière d'ambiance avec l'énergie chimique renouvelable des plantes vivantes est une idée audacieuse, " dit Sheila Kennedy, professeur d'architecture au MIT et auteur de l'article qui a travaillé avec le groupe de Strano sur l'éclairage à base de plantes. "Cela représente un changement fondamental dans notre façon de penser les plantes vivantes et l'énergie électrique pour l'éclairage."

Les particules peuvent également augmenter la production de lumière de tout autre type de plante électroluminescente, y compris ceux que le laboratoire de Strano a développés à l'origine. Ces plantes utilisent des nanoparticules contenant l'enzyme luciférase, que l'on trouve dans les lucioles, pour produire de la lumière. La capacité de mélanger et d'associer des nanoparticules fonctionnelles insérées dans une plante vivante pour produire de nouvelles propriétés fonctionnelles est un exemple du domaine émergent de la « nanobionique végétale ».

Pavlo Gordiichuk, un ancien post-doctorant du MIT, est l'auteur principal du nouveau document, qui apparaît dans Avancées scientifiques .

Condensateur de lumière

Le laboratoire de Strano travaille depuis plusieurs années dans le nouveau domaine de la nanobionique végétale, qui vise à donner aux plantes de nouvelles fonctionnalités en les incorporant avec différents types de nanoparticules. Leur première génération de plantes électroluminescentes contenait des nanoparticules qui transportent la luciférase et la luciférine, qui travaillent ensemble pour donner aux lucioles leur éclat. En utilisant ces particules, les chercheurs ont généré des plants de cresson qui pourraient émettre une lumière tamisée, environ un millième du montant nécessaire à la lecture, pour quelques heures.

Dans la nouvelle étude, Strano et ses collègues voulaient créer des composants qui pourraient prolonger la durée de la lumière et la rendre plus lumineuse. Ils ont eu l'idée d'utiliser un condensateur, qui fait partie d'un circuit électrique qui peut stocker de l'électricité et la libérer en cas de besoin. Dans le cas des plantes incandescentes, un condensateur de lumière peut être utilisé pour stocker de la lumière sous forme de photons, puis relâchez-le progressivement au fil du temps.

Pour créer leur "condensateur de lumière, " les chercheurs ont décidé d'utiliser un type de matériau connu sous le nom de phosphore. Ces matériaux peuvent absorber la lumière visible ou ultraviolette, puis la libérer lentement sous forme de lueur phosphorescente. Les chercheurs ont utilisé un composé appelé aluminate de strontium, qui peuvent être transformés en nanoparticules, comme leur phosphore. Avant de les enfouir dans les plantes, les chercheurs ont enrobé les particules de silice, qui protège la plante des dommages.

Les particules, qui font plusieurs centaines de nanomètres de diamètre, peut être infusé dans les plantes par les stomates, de petits pores situés à la surface des feuilles. Les particules s'accumulent dans une couche spongieuse appelée mésophylle, où ils forment un film mince. Une conclusion majeure de la nouvelle étude est que le mésophylle d'une plante vivante peut être conçu pour afficher ces particules photoniques sans blesser la plante ni sacrifier les propriétés d'éclairage, disent les chercheurs.

Ce film peut absorber les photons de la lumière du soleil ou d'une LED. Les chercheurs ont montré qu'après 10 secondes d'exposition à la LED bleue, leurs plantes pouvaient émettre de la lumière pendant environ une heure. La lumière était la plus brillante pendant les cinq premières minutes, puis diminuait progressivement. Les plantes peuvent être rechargées en continu pendant au moins deux semaines, comme l'équipe l'a démontré lors d'une exposition expérimentale au Smithsonian Institute of Design en 2019.

"Nous avons besoin d'une lumière intense, délivré comme une impulsion pendant quelques secondes, et qui peut le charger, " dit Gordiichuk. " Nous avons également montré que nous pouvons utiliser de grandes lentilles, comme une lentille de Fresnel, pour transférer notre lumière amplifiée à une distance de plus d'un mètre. C'est un bon pas vers la création d'un éclairage à une échelle que les gens pourraient utiliser."

"L'exposition Plant Properties au Smithsonian a démontré une vision future où l'infrastructure d'éclairage à partir de plantes vivantes fait partie intégrante des espaces où les gens travaillent et vivent, " dit Kennedy. " Si les plantes vivantes pouvaient être le point de départ d'une technologie de pointe, les plantes pourraient remplacer notre réseau d'éclairage électrique urbain non durable actuel pour le bénéfice mutuel de toutes les espèces dépendantes des plantes, y compris les humains. »

Éclairage à grande échelle

Les chercheurs du MIT ont découvert que l'approche du "condensateur de lumière" peut fonctionner dans de nombreuses espèces végétales différentes, dont basilic, cresson, et tabac, les chercheurs ont trouvé. Ils ont également montré qu'ils pouvaient illuminer les feuilles d'une plante appelée l'oreille d'éléphant de Thaïlande, qui peut mesurer plus d'un pied de large, une taille qui pourrait rendre les plantes utiles comme source d'éclairage extérieur.

Les chercheurs ont également cherché à savoir si les nanoparticules interféraient avec le fonctionnement normal des plantes. Ils ont découvert que sur une période de 10 jours, les plantes étaient capables de photosynthétiser normalement et d'évaporer l'eau à travers leurs stomates. Une fois les expériences terminées, les chercheurs ont pu extraire environ 60 pour cent des phosphores des plantes et les réutiliser dans une autre plante.

Les chercheurs du laboratoire de Strano travaillent maintenant sur la combinaison des particules de condensateur de lumière phosphore avec les nanoparticules de luciférase qu'ils ont utilisées dans leur étude de 2017, dans l'espoir que la combinaison des deux technologies produira des plantes capables de produire une lumière encore plus vive, pendant de plus longues périodes.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.