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Lumineszierende Pflanzen werden in thailändischen Immobilienprojekten als Straßenlaternen eingesetzt

2020-12-14

Die Forschung des Plant Nanoelectronics-Teams des Massachusetts Institute of Technology (MIT) umfasst Lumineszenzpflanzen, die etwa 4 Stunden lang gepflanzt wurden, um schwaches Licht zu emittieren. Die Forscher betteten spezielle Nanopartikel in die Brunnenkresse ein, um die Pflanzen zum Leuchten zu bringen. Kürzlich hat das Team seine Forschungen in Bangkok, Thailand, gezeigt.


Projektingenieur Michael Strano sagte, ihre Vision sei es, Pflanzen wie eine Schreibtischlampe arbeiten zu lassen, damit eine Lampe nicht an eine Steckdose angeschlossen werden muss, sondern stattdessen Strom über den eigenen Energiestoffwechsel der Anlage liefert.


Prinzip der Beleuchtung

Um eine leuchtende Pflanze zu schaffen, verwendete das MIT-Team Luciferase, ein Enzym, das Glühwürmchen funkelt. Luciferase wirkt auf ein Molekül namens Luciferin, das es zum Leuchten bringt. Ein anderes Molekül, Coenzym A genannt, ist nützlich, um Prozesse zu entfernen, die Nebenprodukte der Luciferase-Reaktion hemmen.

Das Forscherteam platzierte die drei Komponenten in separaten Nanopartikelträgern. Nanopartikel werden alle aus Materialien hergestellt, die von der US-amerikanischen Food and Drug Administration als "normalerweise als sicher eingestuft" eingestuft werden. Diese Nanopartikel helfen jedem Inhaltsstoff, den richtigen Teil der Pflanze zu erreichen, und verhindern auch, dass der Inhaltsstoff Konzentrationen erreicht, die für die Pflanze toxisch sein können.

Die Forscher verwendeten SiON-Nanopartikel mit einem Durchmesser von 10 nm, um Luciferase zu transportieren, und verwendeten zusätzlich größere PLGA-Polymerpartikel und Chitosan, um Luciferin bzw. Coenzym A zu transportieren. Damit die Partikel in die Blätter der Pflanze gelangen konnten, suspendierten die Forscher die Partikel zunächst in Lösung, ließen die Pflanzen dann in die Lösung eintauchen und wurden dann einer Hochdruckbehandlung unterzogen, so dass die Partikel durch die kleinen Löcher gelangten , auch "Poren" genannt, in die Blätter.

Die Partikel, die Fluorescein und Coenzym A freisetzen, reichern sich im extrazellulären Raum des Mesophylls, der inneren Schicht der Blätter, an. Die kleineren Partikel tragen Luciferase in die Zellen, aus denen das Mesophyll besteht. Die PLGA-Partikel setzen allmählich Fluorescein frei, das dann in die Pflanzenzellen gelangt, wo die Luciferase chemisch auf Fluorescein reagiert.


Zu Beginn des Projekts konzentrierten sich die frühen Arbeiten der Forscher auf die Herstellung von Pflanzen, die 45 Minuten lang leuchten konnten. Jetzt haben sie diese Zeit auf 3,5 Stunden erhöht, was ungefähr 6% der Helligkeit von LED-Lichtern entspricht.

Das von einem 10-cm-Sämling erzeugte Licht macht derzeit nur ein Tausendstel der zum Lesen erforderlichen Lichtmenge aus. Die Forscher glauben jedoch, dass sie durch weitere Optimierung der Konzentration und Freisetzungsrate der Inhaltsstoffe den Beleuchtungseffekt und die Haltbarkeit verbessern können.

Darüber hinaus zeigten die Forscher, dass sie das Licht durch Zugabe von Nanopartikeln mit einem Luciferase-Inhibitor ausschalteten. Dadurch können die Pflanzen, die sie schließlich entwickeln, abhängig von den Umgebungsbedingungen wie Tageslicht nicht mehr leuchten.

Früher beruhte die Arbeit zur Erzeugung von Lumineszenzpflanzen hauptsächlich auf gentechnisch veränderten Pflanzen, um das Luciferase-Gen zu exprimieren. Dies war jedoch ein mühsamer Prozess und das erzeugte Licht war äußerst schwach. Diese Studien richten sich hauptsächlich an Tabakpflanzen und Arabidopsis und werden häufig in der pflanzengenetischen Forschung verwendet. Die von Strano's Labor entwickelte Methode kann jedoch auf jede Pflanze angewendet werden. Derzeit präsentieren sie diese Technologie neben Brunnenkresse auch mit Rucola, Grünkohl und Spinat.

Laut Forschern wird die Technologie auch zur Innenbeleuchtung mit geringer Intensität oder zur Umwandlung von Bäumen in Straßenlaternen mit eigener Stromversorgung eingesetzt.

Laut Strano ist es ihr Ziel, Pflanzen so zu behandeln, wie sie Sämlinge sind oder reifen, und während des Lebenszyklus der Pflanze weiter zu funktionieren. Durch sorgfältige und sorgfältige Forschung werden sie in Zukunft eine Möglichkeit eröffnen, die Bäume nach der Verarbeitung direkt für die Beleuchtung zu Hause zu verwenden.

Derzeit kommt die Technologie auf den Boden.


Zusammenarbeit mit thailändischen Immobilienentwicklern

Strano präsentierte seine Forschungsergebnisse am Montag in Bangkok im Rahmen einer Partnerschaft zwischen MIT und Magnolia Quality Development Corporation Limited (MQDC), Thailands führendem Immobilienentwickler mit einem Forschungs- und Entwicklungszentrum, RISC, um Thailand zu reduzieren. Treibhausgasemissionen aus der Immobilienentwicklung.

Nachdem es ihm gelungen ist, einen Prototyp einer Tischlampe herzustellen, die auf dem Wachstum der Sojasprossen beruht, werden der Professor und das Zentrum gemeinsam Bäume erforschen und entwickeln, die als in sich geschlossene Schaltungsleuchten fungieren können.


Strano schlug für dieses Experiment vier Bäume vor - Teakholz, Mangopflaume, birmanische Traube und Dipterocarpaceae. Sie werden untersuchen, welche Blätter am besten geeignet sind, da verschiedene Blätter unterschiedliche Qualitäten haben. Einige Blätter sind wachsartig und andere haben eine durchlässigere Oberfläche.

Sie hoffen, Bäume zu entwickeln, die als Straßenlaternen für Forestias leuchten können. Forestias befindet sich auf 119 Hektar in Bangna, einem Vorort von Bangkok, und wurde von MQDC entwickelt. Es handelt sich um ein Mischnutzungsprojekt, das das Konzept der „Vorstellung von Glück“ fördert und natürliche Ökosysteme in die Gemeinde integriert.

Strano hat sich zum Ziel gesetzt, Bäume zu entwickeln, die in neuen Projekten, die in fünf Jahren eröffnet werden sollen, beleuchtet und als Straßenlaternen fungieren können.

In Zukunft hoffen die Forscher, eine Methode zum Malen oder Sprühen von Nanopartikeln auf Pflanzenblätter zu entwickeln, die auf dieser Technologie basiert und Bäume und andere große Pflanzen in Lichtquellen verwandeln kann.

Strano plant, im November nach Bangkok zurückzukehren, um Prototypen der Technologie der zweiten Generation zu bringen und Ergebnisse in RISC-Labors zu präsentieren. Er sagte, wenn die Forschung solche Ergebnisse erzielen würde, wären die Bäume, die leuchten könnten, wirtschaftlicher, da sie keine Energiekosten hätten und nicht an das Stromnetz angeschlossen werden müssten.

Singh Intrachooto, Principal Consultant bei RISC, sagte, dass Stranos Arbeit aufregende Möglichkeiten für die weitere Integration natürlicher Ökosysteme in Wohngemeinschaften eröffnet. Er fügte hinzu, dass die Beleuchtung etwa 20% des weltweiten Energieverbrauchs ausmacht, sodass leuchtende Bäume enorme Vorteile für die Umwelt bringen können.



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