「LEDライトの光を蓄えて暗闇で光る植物」を科学者が開発、何度も光を当てて再チャージすることが可能

「太陽やLEDライトなどの光を吸収して暗闇で光る植物」を、マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームが開発しました。葉に特殊なナノ粒子を埋め込んだ植物は、わずか10秒間のチャージで数分間にわたって明るく光ることが可能であり、以前に開発された光る植物より10倍も明るい光を生成できるとのことです。

Augmenting the living plant mesophyll into a photonic capacitor
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abe9733

The next generation of glowing plants | MIT News | Massachusetts Institute of Technology
https://news.mit.edu/2021/glowing-plants-nanoparticles-0917

Rechargeable 'Glow in The Dark' Plants Are The Green Light We've Been Waiting For
https://www.sciencealert.com/rechargeable-glow-in-the-dark-plants-could-soon-be-used-for-ambient-lighting

MITのマイケル・ストラーノ教授らの研究チームは、ナノテクノロジーを利用して植物に新たな能力を持たせる「植物ナノバイオニクス」を研究しています。研究チームが2017年に開発した「葉が光る植物」は、ホタルや深海魚などの生物発光の源であるルシフェリンと、それに作用するルシフェラーゼという酵素を葉に注入したもの。発光に必要なエネルギーは植物自身の代謝で生み出され、光の量は文字などを読むために必要な量の1000分の1ほどでした。

電気なしで植物を光らせランプ並みに明るくする研究がMITで進行中 - GIGAZINE

その後も、ストラーノ氏らの研究チームはさらにこの技術を改善し、新たに「葉に埋め込んだナノ粒子で光を蓄え、暗闇の中で光を放出する植物」を開発しました。「私たちは光を吸収し、その一部を貯蔵し、徐々に放出する粒子を備えた発光植物を作りたかったのです」と、ストラーノ氏は述べています。

2017年に開発した発光植物よりも光の持続時間や明るさを増加させるため、研究チームは電子部品で言うコンデンサ(蓄電器)に当たるナノ粒子を開発することにしました。新たに開発されたナノ粒子は、ストロンチウムとアルミニウムを含む無機化合物のアルミン酸ストロンチウムを利用したものです。アルミン酸ストロンチウムは可視光線と紫外線を吸収し、光として放出できる蓄光性の蛍光体であり、時計の文字盤や計器盤、誘導標識などの蛍光に使用されているとのこと。

研究チームは、ナノ粒子に成形したアルミン酸ストロンチウムを損傷から守るためにシリカでコーティングして、植物が呼吸や蒸散で気体の交換を行うための穴である気孔から注入しました。直径わずか数百ナノメートルのナノ粒子は、気孔を通って葉肉の海綿状組織にある隙間に薄膜として蓄積したそうです。以下の画像は、海綿状組織にナノ粒子が蓄積した様子を図で表したもの。

クレソンの海綿状組織に蓄積したナノ粒子を撮影した画像がこれ。

by Pavlo Gordiichuk

バジル・クレソン・タバコ・デイジー・「Thailand elephant ear(タイの象の耳)」とも呼ばれるサトイモの一種など、さまざまなサイズの植物でナノ粒子を試した結果、ナノ粒子は太陽光やLEDライトの光を光子の形で蓄え、時間と共に放出できることが確かめられました。

研究チームは、青色LEDの光に約10秒間さらされた植物は最大1時間にわたって発光し、最初の5分間で特に明るい光を放つことを確かめたと述べています。光の強さは2017年に開発された植物の10倍だそうで、個々の葉は約2週間にわたって光を当てて「再チャージ」することができたそうです。

ナノ粒子を注入された植物は、10日間にわたって正常に光合成を行い、気孔を通じて水分を蒸散できることも確認されました。また、実験が終わった後の植物からナノ粒子の60％を抽出し、別の植物に再注入することもできたと研究チームは述べています。

論文の筆頭著者である博士研究員のPavlo Gordiichuk氏は、「私たちには、数秒間のパルスとして植物をチャージできる強いライトが必要でした」「また、フレネルレンズなどの巨大なレンズを利用して、増幅した光を1メートル以上離れた場所に届けられることも示しました。これは人々が利用できる規模の照明を作成するためのよいステップです」とコメントしました。