Wetenschappers hebben met nanodeeltjes planten lichtgevend gemaakt. In de toekomst glow-in-the-dark-bomen als straatverlichting?
Stel je voor dat de weg naar huis vanaf je werk niet verlicht wordt door lantaarnpalen, maar door de gloeiende bladeren van bomen. En dat je in de late avonduurtjes een boek leest bij een bureaulamp die eigenlijk een lichtgevende plant is. Het zou in de toekomst zomaar kunnen dankzij een uitvinding van onderzoekers van het MIT. Zij maakten met behulp van nanodeeltjes onder meer waterkers fluorescerend.
Geen genen nodig
Een paar jaar geleden vroeg een groep wetenschappers op Kickstarter geld om fluorescerende planten te maken. Met gemak kregen ze het gevraagde geldbedrag binnen, maar het was niet genoeg om project Glowing Plant tot een succes te maken. Het probleem: het inbrengen van de ‘lichtgevende’ genen van een vuurvliegje in een plant bleek lastiger en daarmee duurder dan gedacht. Ander laboratoria probeerden het bij tabaksplanten, maar de opbrengst aan licht was schamel.
Het MIT komt nu met een minder ingewikkelde en naar verwachting goedkopere manier om planten te laten gloeien. De onderzoekers brengen niet de genen in, maar de moleculen zelf die verantwoordelijk zijn voor het licht geven. Het gaat dan om het enzym luciferase dat het pigment luciferine omzet naar een vorm die fluorescent licht uitzendt. Ook het molecuul coenzym A is nodig, om te zorgen dat een bijproduct de luciferase-activiteit niet remt.
Nanodeeltjes-dragers
De drie typen moleculen werden elk in een andere nanodeeltjes-drager gestopt. De overigens volledige veilig nanodeeltjes zorgen ervoor dat de componenten op plaats van bestemming komen, en dat ze niet tussentijds worden afgebroken of tot concentraties leiden die giftig zijn voor de plant.
De onderzoekers zetten de planten in de vloeistof met de nanodeeltjes en stelden ze vervolgens bloot aan een hoge druk. Op die manier drongen de nanodeeltjes de bladeren binnen via kleine poriën, de huidmondjes.
Gloeiende moleculen
De luciferase-moleculen zitten in silica-nanodeeltjes van 10 nanometer groot en belanden in de cellen van de mesofyl, een van de binnenlagen van het blad. Het luciferine en coenzym A zitten in iets grotere nanodeeltjes, respectievelijk PLGA en chitosan, en worden gedropt tussen de mesofyl-cellen in.
Zijn alle componenten op hun plaats, dan laten de PLGA-deeltjes de moleculen luciferine los, die vervolgens de cellen binnendringen. Daar worden ze dankzij luciferase in een chemische reactie omgezet naar gloeiende moleculen.
Ook boerenkool
In een eerste poging maakte het MIT-team planten die 45 minuten licht gaven, maar dat wisten ze later op te rekken naar 3,5 uur. Een vergelijkbaar resultaat verkregen ze bij rucola, boerenkool en spinazie.
Helaas produceert één waterkersplantje nog altijd maar één duizendste van de hoeveelheid licht die je nodig hebt om goed een boek bij te kunnen lezen. Maar de wetenschappers denken dat zowel de hoeveelheid afgegeven licht als de duur ervan flink kan worden geboost, door te spelen met de concentraties van de drie moleculen en de snelheid van afgifte door de nanodeeltjes.
Even sprayen
Ook denkt het team dat we planten in de toekomst slechts hoeven te behandelen met een soort spray van nanodeeltjes om ze gloeiend te krijgen. Zo kunnen snel grote planten en zelfs het bladerdek van hele bomen op straat lichtgevend worden gemaakt. Het zou zelfs mogelijk zijn ze te laten reageren op zonlicht. Oftewel: de bomen gaan ‘aan’ wanneer het donker wordt en ‘uit’ bij het eerste daglicht.
Aangezien verlichting ongeveer 20 procent van de totale energieconsumptie in de wereld uitmaakt, zou dat een mooie manier zijn om duurzaam bezig te zijn. En zulke gloeiende bomen en planten zijn nog mooi ook; denk maar aan de film Avatar!
Bronnen: Nano Letters, MIT, American Chemical Society via Science Daily
Beeld: Seon-Yeong Kwak
Lees ook:
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!
