Les ingénieurs développent des plantes électroluminescentes qui peuvent être chargées à plusieurs reprises


Les ingénieurs développent des plantes électroluminescentes qui peuvent être chargées à plusieurs reprises

Avec nanoparticules spécialisées intégrées dans feuilles des , les ingénieurs du MIT ont créé une nouvelle plante électroluminescente qui peut être chargée par une LED. Sur cette image, les parties vertes sont les nanoparticules qui se sont agrégées à la surface du tissu mésophylle spongieux à l’intérieur des feuilles de la plante. Crédit photo : Institut de technologie du Massachusetts

En utilisant des nanoparticules spécialisées intégrées dans les feuilles des plantes, les ingénieurs du MIT ont créé une plante électroluminescente qui peut être chargée par une LED. Après 10 secondes de charge, les plantes brilleront pendant plusieurs minutes et peuvent être chargées à plusieurs reprises.

Ces plantes peuvent produire une lumière dix fois plus que la première de plantes lumineuses dont le groupe de recherche a fait état en 2017.

« Nous voulions créer une plante électroluminescente avec des particules qui absorberaient la lumière, en stockeraient une partie et l’émettraient progressivement », explique Michael Strano, professeur Carbon P. Dubbs de génie chimique au MIT et auteur principal du nouvel apprentissage. « C’est un grand pas vers l’éclairage à base de plantes. »

« Utiliser l’énergie chimique renouvelable des plantes vivantes pour créer une lumière ambiante est une idée audacieuse », a déclaré Sheila Kennedy, professeur d’architecture au MIT et auteur de l’article qui a travaillé avec le groupe de Strano sur l’éclairage des 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 celles développées à l’origine dans le laboratoire de Strano. Ces plantes utilisent des nanoparticules qui contiennent l’enzyme luciférase, présente dans les lucioles, pour produire de la lumière. La capacité de mélanger et assortir des nanoparticules fonctionnelles introduites dans une plante vivante pour créer de nouvelles propriétés fonctionnelles est un exemple du domaine émergent de la « nanobionique végétale ».

Pavlo Gordiichuk, ancien post-doctorant au MIT, est l’auteur principal du nouvel article publié 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 propriétés en enrobant différents types de nanoparticules. Leur première génération de plantes émettant de la lumière contenait des nanoparticules transportant de la luciférase et de la luciférine, qui agissent ensemble pour donner leur éclat aux vers luisants. Avec ces particules, les chercheurs ont créé des plants de cresson qui pourraient émettre une lumière faible pendant quelques heures, soit environ un millième de la quantité nécessaire pour lire.

Dans la nouvelle étude, Strano et ses collègues voulaient créer des composants qui prolongent la durée de la lumière et la rendent plus lumineuse. Ils ont eu l’idée d’utiliser un condensateur faisant partie d’un circuit capable de stocker de l’électricité et de la restituer en cas de besoin. Dans les plantes lumineuses, un condensateur lumineux peut stocker de la lumière sous forme de photons et la restituer progressivement au fil du temps.

Pour fabriquer leur « condenseur de lumière », les chercheurs ont décidé d’utiliser un matériau appelé phosphore. Ces matériaux peuvent absorber la lumière visible ou ultraviolette, puis l’émettre lentement sous forme de lueur phosphorescente. En tant que phosphore, les chercheurs ont utilisé un composé appelé aluminate de strontium, qui peut être transformé en nanoparticules. Avant de les intégrer dans les plantes, les chercheurs ont enduit les particules de silice, ce qui protège la plante des dommages.

Les particules d’un diamètre de plusieurs centaines de nanomètres peuvent être infusées dans les plantes à travers les stomates – de petits pores situés à la surface des feuilles. Les particules se rassemblent dans une couche spongieuse, le mésophylle, et y forment un film mince. Une conclusion clé de la nouvelle étude est que le mésophylle d’une plante vivante peut être utilisé pour afficher ces particules photoniques sans nuire à la plante ni affecter les propriétés de la lumière, selon 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 s’est progressivement estompée. Les plantes peuvent être chargées en continu pendant au moins deux semaines, comme l’équipe l’a démontré en 2019 lors d’une exposition expérimentale au Smithsonian Institute of Design.

« Nous avons besoin d’une lumière intense qui est émise sous forme d’impulsion pendant quelques secondes et qui peut la charger », explique Gordiichuk. « Nous avons également montré que nous pouvons utiliser de grandes lentilles comme une lentille de Fresnel pour transmettre notre lumière amplifiée sur une distance de plus d’un mètre.

« L’exposition Plant Properties au Smithsonian a démontré une vision de l’avenir dans laquelle l’infrastructure d’éclairage des plantes vivantes fait partie intégrante des espaces où les gens travaillent et vivent », a déclaré 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 actuel non durable pour le bénéfice mutuel de toutes les espèces dépendantes des plantes, y compris les humains. »

Éclairage de grande surface

Les chercheurs du MIT ont découvert que l’approche du «condenseur de lumière» peut fonctionner sur de nombreux types de plantes, notamment le basilic, le cresson et le tabac, ont découvert les chercheurs. Ils ont également montré qu’ils peuvent illuminer les feuilles d’une plante appelée 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 examiné si les nanoparticules interféraient avec le fonctionnement normal des plantes. Ils ont découvert que les plantes effectuaient une photosynthèse normale sur une de 10 jours et que l’eau pouvait s’évaporer à travers leurs stomates. Après avoir terminé les expériences, 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 à combiner les particules du condensateur de lumière phosphorique 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 qui produiront une lumière encore plus brillante sur de plus longues périodes. .


Les ingénieurs créent des plantes qui brillent


Plus d’information:
Pavlo Gordiichuk et al., Extension du mésophylle des plantes vivantes à un condensateur photonique, Avancées scientifiques (2021). DOI : 10.1126 / sciadv.abe9733

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire a été publiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui contient des nouvelles sur la recherche, l’innovation et l’enseignement du MIT.

Citation: Les ingénieurs créent des systèmes électroluminescents qui peuvent être rechargés à plusieurs reprises (2021, 20 septembre), consulté le 20 septembre 2021 à https://phys.org/news/2021-09-light-emitting-repeatedly.html

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