Phủ một lớp hạt nano lên lá cây, các kỹ sư công tác tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã chế tạo thành công một loại cây có thể phát sáng, đồng thời có thể được “sạc” năng lượng bằng đèn LED. Với thời gian sạc 10 giây, cây đã có thể phát sáng được vài phút, mhóm kỹ sư cũng đã có thể sạc cây liên tục mà không lo tới việc “chai pin”.

Năm 2017, chính nhóm nghiên cứu này công bố thành công trong chế tạo cây phát sáng. Trong thử nghiệm mới, cây tỏa ra ánh sáng mạnh gấp 10 lần kết quả trước đây.

“Chúng tôi muốn tạo ra một loại cây phát sáng chứa các hạt có thể hấp thụ ánh sáng, lưu trữ một phần và dần tỏa sáng ra môi trường”, tác giả nghiên cứu mới, giáo sư Michael Strano mô tả thứ thực vật đặc biệt. “Đây là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển công cụ phát sáng có nguồn gốc thực vật”.

“Tạo ra ánh sáng bằng năng lượng hóa học tái tạo từ thực vật sống là ý tưởng táo bạo”, Sheila Kennedy, giáo sư chuyên ngành kiến trúc tại MIT, đồng thời góp công trong nghiên cứu mới, nói với Phys.org. Cô khẳng định dự án “đại diện cho một hướng suy nghĩ mới về thực vật sống và cách sử dụng năng lượng điện trong việc phát sáng”.

Các hạt nano còn có thể tăng khả năng lưu trữ và tỏa ánh sáng của bất cứ loại cây nào thuộc dạng này, bao gồm dự án cây phát sáng cũ cũng do các chuyên gia MIT phát triển. Cũng tương tự cơ chế phát sáng của đom đóm, lớp enzyme có tên luciferase giúp cây có thể sản sinh ra ánh sáng. Khả năng trộn các hạt nano vào cấu trúc của thực vật sống để tạo đặc tính mới cho cây thuộc một ngành nghiên cứu mới, có tên gọi “plant nanobionics”, tạm dịch là kỹ thuật nano sinh học trên thực vật.

Tụ ánh sáng

Giáo sư Strano đã có vài năm kinh nghiệm trong nghiên cứu kỹ thuật nano sinh học trên thực vật, ông dự định đưa vào cây những đặc điểm lạ thường bằng cách cấy vào cây các loại hạt nano. Thế hệ cây phát sáng đầu tiên của nhóm chứa các hạt nano mang trong mình luciferase và luciferin, hai chất có trong đom đóm này sẽ phát sáng khi tương tác với nhau.

Sử dụng những hạt nano, nhóm nghiên cứu tạo ra một cụm cải xoong phát ra ánh sáng mờ, khoảng 1/1000 lượng ánh sáng đủ để ta đọc rõ chữ. Cây phát sáng liên tục được vài giờ.

Trong nghiên cứu mới, ông Strano và cộng sự muốn tạo ra một mẫu cây mới cho ra nhiều ánh sáng và hoạt động lâu hơn. Họ tính tới việc sử dụng tụ, một thiết bị mang khả năng lưu trữ năng lượng và xả theo yêu cầu. Nếu muốn gắn tụ vào cây phát sáng, chiếc tụ đặc biệt phải giữ được ánh sáng dưới dạng các hạt photon và có thể xả năng lượng từ từ.

Để tạo ra “tụ ánh sáng”, nhóm nghiên cứu sử dụng một phốt-pho, danh từ chỉ những vật chất có thể hấp thụ cả ánh sáng nhìn thấy được lẫn ánh sáng cực tím, rồi dần dần phát ra ánh lân quang. Chất phốt-pho được sử dụng trong nghiên cứu mới là strontium aluminate, có thể được tổng hợp thành dạng hạt nano. Trước khi đưa phốt-pho này vào cây, nhóm nghiên cứu đã phủ lên vật chất lân quang một lớp silica nhằm bảo vệ mô sống trước tác động của chất hóa học.

Những hạt vật chất có đường kính chỉ vài trăm nanomét được đưa vào cây qua các lỗ thở trên lá, rồi dần bám lấy nhau tạo thành một lớp phim mỏng và dẻo được đặt tên là “mesophyll”. Sau khi đo đạc khả năng phát sáng của cây, họ kết luận mesophyll trên một cây sống có thể giúp cây tỏa sáng mà không làm hư tổn tới mô cây, đồng thời không làm thui chột khả năng hấp thu ánh sáng của cây.

Lớp phim mỏng có thể hấp thụ các hạt photon từ cả ánh sáng Mặt Trời lẫn ánh đèn LED. Chỉ với 10 phút tắm nắng dưới ánh sáng LED nhân tạo, cây đã có thể phát sáng trong khoảng một giờ. Năm phút đầu, ánh sáng cây tạo ra mạnh nhưng sớm mờ dần trong những phút tiếp theo. Cây có thể chịu được vòng sạc - xả năng lượng trong ít nhất 2 tuần.

Tác giả chính của báo cáo, giáo sư Pavlo Gordiichuk khẳng định nhóm đã chứng minh bằng việc sử dụng các thấu kính lớn, tương tự như thấu kính Fresnel, họ có thể tăng cường độ sáng cây phát ra và với tới khoảng không gian cách cây hơn một mét. Họ đang ngày một gần hơn tới mục tiêu đủ sáng để sử dụng.

Chiếu sáng ở quy mô lớn

Nhóm nghiên cứu MIT nhận thấy rằng phương pháp “tụ sáng” có thể được ứng dụng lên nhiều loài thực vật, đơn cử như cải xoong, húng quế và cây thuốc lá. Họ còn có thể cấy “tụ sáng” vào các lá khoai nước cỡ lớn, từ đó mở ra tiềm năng sử dụng chúng như đèn đường.

Đội chuyên gia cũng đang tìm hiểu những ảnh hưởng của hạt nano tới chức năng cây. Họ phát hiện thấy trong khoảng thời gian 10 ngày sau khi cấy tụ sáng, cây vẫn có thể quang hợp bình thường và thoát hơi nước qua các lỗ thở. Khi thí nghiệm kết thúc, nhóm có thể lấy khoảng 60% lượng chất phốt-pho đã sử dụng và đưa chúng vào một mẫu cây khác.

Nhóm đang cố gắng đưa những hạt nano mới vào cây phát sáng đã từng nghiên cứu hồi năm 2017, để thử xem liệu tổ hợp của hai đột phá có khiến cây sáng mạnh hơn, lâu hơn không.

Theo Phys.org

Nguồn: Genk