Sử dụng hạt nano đặc biệt gắn vào lá cây, các kỹ sư MIT tạo ra một loại “đèn cây” có thể sạc bằng đèn LED.
Sau 10 giây sạc, cây sáng rực trong vài phút và có thể sạc nhiều lần. Những cây này có thể tạo ra ánh sáng mạnh gấp 10 lần thế hệ cây phát sáng đầu tiên mà nhóm nghiên cứu phát triển vào năm 2017. "Chúng tôi muốn tạo ra một loại cây với các hạt hấp thụ ánh sáng, lưu trữ một phần và phát sáng dần dần", Michael Strano, giáo sư kỹ thuật hóa học ở Viện Công nghệ Massachusetts, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết. "Đây là bước tiến lớn để tạo ra đèn cây".
Phần màu xanh là hạt nano tập trung ở bề mặt mô lá. (Ảnh: MIT)
Những hạt nano mà nhóm nghiên cứu sử dụng cũng có thể tăng cường sản sinh ánh sáng ở bất kỳ loại cây phát sáng nào. Cây sử dụng hạt nano chứa enzyme luciferase có trong đom đóm, để sinh ra ánh sáng. Các nhà nghiên cứu công bố kết quả thu được trên tạp chí Science Advances hôm 8/9.
Trong vài năm qua, phòng thí nghiệm của Strano nghiên cứu lĩnh vực mới là "thực vật điện tử sinh học nano" (plant nanobionics), cung cấp cho thực vật đặc tính mới bằng cách gắn cho chúng các loại hạt nano khác nhau. Ở thế hệ cây đầu tiên, sử dụng hạt nano chứa luciferase và luciferin, nhóm nghiên cứu khiến cây cải xoong phát ra ánh sáng mờ trong vài giờ, bằng khoảng 1/1.000 lượng ánh sáng cần dùng để đọc sách.
Trong nghiên cứu mới, Strano và cộng sự muốn tạo bộ phận giúp kéo dài thời gian phát sáng và tăng cường độ sáng. Họ nảy ra ý tưởng sử dụng tụ điện. Trong trường hợp cây phát sáng, tụ đèn có thể lưu trữ ánh sáng dưới dạng photon, sau đó giải phóng dần theo thời gian. Nhằm tạo tụ đèn, nhóm nghiên cứu quyết định dùng strontium aluminate. Đây là một loại phosphor kích thích phát sáng, có thể hấp thụ cả ánh sáng khả kiến và ánh sáng cực tím, sau đó giải phóng chậm rãi dưới dạng quầng sáng lân quang. Trước khi gắn vào cây, các nhà nghiên cứu bọc hạt nano tạo từ strontium aluminate bằng silica, giúp bảo vệ cây khỏi hư hại.
Hạt nano có đường kính vài trăm nanomet có thể được đưa vào thực vật qua các tế bào nhỏ, lỗ nhỏ nằm trên bề mặt lá. Chúng tích tụ ở diệp nhục, hình thành lớp màng mỏng. Lớp màng có thể hấp thụ photon cả từ ánh sáng Mặt trời hoặc đèn LED. Nhóm nghiên cứu phát hiện sau 10 giây tiếp xúc với đèn LED xanh dương, cây có thể phát sáng trong khoảng một giờ. Ánh sáng chói nhất trong 5 phút đầu, sau đó mờ dần. Cây có thể sạc lại liên tục trong ít nhất hai tuần.
Strano và cộng sự phát hiện phương pháp "tụ đèn" có thể áp dụng với nhiều loại cây khác nhau bao gồm húng tây, cải xoong và thuốc lá. Họ cũng có thể làm lá cây tai voi Thái Lan với chiều rộng hơn 30 cm phát sáng, biến chúng thành nguồn sáng ngoài trời.
Nhóm nghiên cứu cũng tìm hiểu liệu hạt nano có ảnh hưởng tới chức năng bình thường của cây hay không. Họ nhận thấy trong 10 ngày, cây có thể quang hợp bình thường và bốc hơi nước thông qua tế bào nhỏ trên mặt lá. Sau khi kết thúc thí nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể lọc khoảng 60% phospho từ cây và tái sử dụng ở cây khác.