Usando nanoparta­culas especializadas embutidas em folhas de plantas, os engenheiros do MIT criaram uma planta emissora de luz que pode ser carregada por um LED. Apa³s 10 segundos de carregamento, as plantas brilham intensamente por vários minutos e podem ser recarregadas repetidamente.

Essas plantas podem produzir luz 10 vezes mais brilhante do que a primeira geração de plantas brilhantes que o grupo de pesquisa relatou em 2017.

“Quera­amos criar uma planta emissora de luz compartículas que absorvessem luz, armazenassem parte dela e a emitissem gradualmente”, diz Michael Strano, o professor de Engenharia Quí­mica da Carbon P. Dubbs no MIT e autor saªnior do novo estude. “Este éum grande passo em direção a  iluminação baseada em plantas.”

“Criar luz ambiente com a energia química renova¡vel de plantas vivas éuma ideia ousada”, diz Sheila Kennedy, professora de arquitetura do MIT e autora do artigo que trabalhou com o grupo de Strano em iluminação baseada em plantas. “Representa uma mudança fundamental na forma como pensamos sobre plantas vivas e energia elanãtrica para iluminação.”

Aspartículas também podem aumentar a produção de luz de qualquer outro tipo de planta emissora de luz, incluindo aquelas desenvolvidas originalmente pelo laboratório de Strano. Essas plantas usam nanoparta­culas contendo a enzima luciferase, encontrada nos vagalumes, para produzir luz. A capacidade de misturar e combinar nanoparta­culas funcionais inseridas em uma planta viva para produzir novas propriedades funcionais éum exemplo do campo emergente de "nanobia´nica vegetal".

Pavlo Gordiichuk, ex-pa³s-doutorado do MIT, éo principal autor do novo artigo, publicado na Science Advances .

O laboratório de Strano vem trabalhando hávários anos no novo campo da nanobia´nica de plantas, que visa dar a s plantas caracteri­sticas inovadoras incorporando-as a diferentes tipos de nanopartículas Sua primeira geração de plantas emissoras de luz continha nanoparta­culas que carregam luciferase e luciferina, que trabalham juntas para dar brilho aos vagalumes. Usando essaspartículas, os pesquisadores geraram plantas de agria£o que podiam emitir luz fraca, cerca de um milanãsimo da quantidade necessa¡ria para ler, por algumas horas.

No novo estudo, Strano e seus colegas queriam criar componentes que pudessem estender a duração da luz e torna¡-la mais brilhante. Eles tiveram a ideia de usar um capacitor, que éuma parte de um circuito elanãtrico que pode armazenar eletricidade e libera¡-la quando necessa¡rio. No caso de plantas brilhantes, um capacitor de luz pode ser usado para armazenar luz na forma de fa³tons e, em seguida, libera¡-la gradualmente com o tempo.

Para criar seu “capacitor de luz”, os pesquisadores decidiram usar um tipo de material conhecido como fa³sforo. Esses materiais podem absorver a luz visível ou ultravioleta e, em seguida, libera¡-la lentamente como um brilho fosforescente. Os pesquisadores usaram um composto chamado aluminato de estra´ncio, que pode ser formado em nanoparta­culas, como seu fa³sforo. Antes de incorpora¡-los a s plantas, os pesquisadores revestiram aspartículas com sa­lica, que protege a planta de danos.

Aspartículas, que tem várias centenas de nana´metros de dia¢metro, podem ser infundidas nas plantas por meio dos esta´matos - pequenos poros localizados nasuperfÍcie das folhas. Aspartículas se acumulam em uma camada esponjosa chamada mesofilo, onde formam uma pela­cula fina. A principal conclusão do novo estudo éque o mesofilo de uma planta viva pode ser feito para exibir essaspartículas fota´nicas sem prejudicar a planta ou sacrificar as propriedades de iluminação, dizem os pesquisadores.

Este filme pode absorver fa³tons da luz solar ou de um LED. Os pesquisadores mostraram que após 10 segundos de exposição ao LED azul, suas plantas podiam emitir luz por cerca de uma hora. A luz era mais brilhante nos primeiros cinco minutos e depois diminua­a gradualmente. As plantas podem ser recarregadas continuamente por pelo menos duas semanas, como a equipe demonstrou durante uma exposição experimental no Smithsonian Institute of Design em 2019.

“Precisamos ter uma luz intensa, fornecida como um pulso por alguns segundos, e que possa carrega¡-la”, diz Gordiichuk. “Tambanãm mostramos que podemos usar lentes grandes, como lentes de Fresnel, para transferir nossa luz amplificada a uma distância superior a um metro. Este éum bom passo para a criação de iluminação em uma escala que as pessoas possam usar. ”

“A exposição Plant Properties no Smithsonian demonstrou uma visão de futuro em que a infraestrutura de iluminação de plantas vivas éparte integrante dos Espaços onde as pessoas trabalham e vivem”, diz Kennedy. “Se as plantas vivas pudessem ser o ponto de partida de tecnologia avana§ada, as plantas poderiam substituir nossa rede de iluminação elanãtrica urbana insustenta¡vel para o benefa­cio maºtuo de todas as espanãcies dependentes de plantas - incluindo as pessoas.”

Os pesquisadores do MIT descobriram que a abordagem do “capacitor de luz” pode funcionar em muitas espanãcies de plantas diferentes, incluindo manjerica£o, agria£o e tabaco, descobriram os pesquisadores. Eles também mostraram que podem iluminar as folhas de uma planta chamada orelha de elefante da Taila¢ndia, que pode ter mais de trinta centa­metros de largura - um tamanho que pode tornar as plantas aºteis como fonte de iluminação externa.

Os pesquisadores também investigaram se as nanoparta­culas interferem na função normal da planta. Eles descobriram que ao longo de um período de 10 dias, as plantas foram capazes de fotossintetizar normalmente e de evaporar a águaatravanãs de seus esta´matos. Uma vez que os experimentos terminaram, os pesquisadores foram capazes de extrair cerca de 60 por cento dos fa³sforos das plantas e reutiliza¡-los em outra planta.

Os pesquisadores do laboratório de Strano agora estãotrabalhando na combinação daspartículas do capacitor de luz de fa³sforo com as nanoparta­culas de luciferase que usaram em seu estudo de 2017, na esperana§a de que a combinação das duas tecnologias produza plantas que podem produzir uma luz ainda mais brilhante, por longos períodos de tempo.

A pesquisa foi financiada pela Thailand Magnolia Quality Development Corp., uma bolsa de pesquisa do professor Amar G. Bose, o Programa de Oportunidades de Pesquisa de Graduação Avana§ada do MIT, a Agência de Ciência, Pesquisa e Tecnologia de Cingapura, uma bolsa de estudos da Samsung e uma bolsa de pesquisa da Fundação Alema£ de Pesquisa .