Các nhà khoa học Đài Loan đã phát minh ra một phương pháp biến lá cây thành những diot quang sinh học (bio-photodiode) phát ra ánh sáng trắng xanh rực rỡ. Trong tương lai, rất có thể hai bên hè phố sẽ mọc lên những hàng cây sáng rực thay thế đèn đường. Vừa qua một nhóm các nhà khoa học do Tiến sĩ Su...
Các nhà khoa học Đài Loan đã phát minh ra một phương pháp biến lá cây thành những diot quang sinh học (bio-photodiode) phát ra ánh sáng trắng xanh rực rỡ. Trong tương lai, rất có thể hai bên hè phố sẽ mọc lên những hàng cây sáng rực thay thế đèn đường.
Vừa qua một nhóm các nhà khoa học do Tiến sĩ SuYen-hsun, Trường ĐH Chen Kung, Đài Loan đã có thể chế tạo ra những ngọn đèn có nguồn gốc thực vật. Họ ghép những hạt vàng nano, kích thước không quá 5 nanomet vào lá cây Lệ nhi (bacopa caroliniana - một cây thuỷ sinh lâu năm sống ở vùng đầm lầy ve biển, thường được lấy về trồng trong chậu làm cây cảnh). Lúc đó, những chiếc lá đã được “làm giàu” bằng kim loại quý bắt đầu phát ánh sáng màu đỏ cường độ khá mạnh.
Từ lâu người ta đã biết chlorophyl - một chất nhờ nó cây cối dùng năng lượng mặt trời để tổng hợp nên các chất hữu cơ – có khả năng không chỉ hấp thụ ánh sáng mà còn phát ra ánh sáng. Để khẳng định điều này, bạn có thể tự mình làm một thí nghiệm đơn giản: lấy vài chiếc lá rau xanh ngâm trong một chút cồn và đổ dung dịch hoà tan chlorophyl đi. Trên màng giấy lọc bạn có thể thấy những vết phát sang có màu đỏ hồng những rất yếu.
Điều thú vị nhất là, sự phát sáng xảy ra không chỉ ban ngày mà cả ban đêm nữa, có nghĩa là chẳng cần kích thích chlorophyl bằng những tia sáng mặt trời. Ánh sáng ấy đã giúp những những con vật hoạt động vào ban đêm sống trong rừng như tắc kè, bướm đêm… định hướng trong bóng tối. Những ánh sáng yếu đến nỗi mắt người không trông thấy được. Ngoài ra, có thể chlorophyl không phát sáng liên tục – mà khi “bật”, khi “tắt”.
Cây bụi và cây thân gỗ cũng vậy. Song với cây lệ nhi nói trên, sống dưới nước thì ngoài màu đỏ chlorophyl còn phát ra cả màu xanh da trời. Thế nhưng ánh sáng màu xanh cũng yếu và không nhìn thấy được. Làm thể nào để ánh sánh ấy mạnh lên ? Tiến sĩ Su đã nghĩ ra cách dùng những hạt vàng siêu nhỏ vì chúng có tính năng tăng cường độ bất cứ ánh sáng nào chiếu lên bề mặt của chúng.
Lá lệ nhi "dát vàng” có đủ độ xốp để hấp phụ bất cứ các vi hạt nào hoà tan trong nước. Khi những hạt vàng nhỏ li ti tập trung ở những lục lạp (chloroplast, trong đó chứa chlorophyl), cây sẽ phát ra ánh sáng màu xanh, đủ độ sáng để đọc sách.
Cây lệ nhi (bacopa caroliniana) phát ra ánh sáng xanh, đủ để đọc sách khi được xử lý bằng vàng nano. Ảnh: Pravda.ru
Ánh sáng được những hạt vàng nano khuếch đại lên rất đồng đều. Các nhà khoa học giải thích rằng các hạt vàng họ dùng rất đặc biệt: chúng có cấu tạo như một con nhím biển. Chính vì vậy chúng bắt những chiếc điot quang-sinh học làm việc một cách liên tục, không lúc bật luc tắt như khi chưa xử lý bằng vàng.
Theo Tiến sĩ Su, nghiên cứu của ông có triển vọng áp dụng trong thực tế. Chẳng hạn có thể dùng phát minh này để tạo ra những cây phát sáng trồng ven xa lộ để chiếu sáng vào ban đêm thay cho những dãy cột đèn đang dùng, mà hiệu quả không hề thua kém. Hàng cây đó còn có thêm một lợi ích khác nữa – chúng thanh lọc, làm bầu khí quyển trong lành hơn vì khử chất thải độc hại do ô tô thải ra và đồng hoá khí cácbônic.
Bạn có thể thắc mắc, nếu triển khai ý tưởng này thì chlorophyl do các cây ven đường không phát ra ánh sáng xanh mà ánh sáng đỏ là thứ ánh sáng không dịu mát đối với sinh lý của mắt cũng như không quen thuộc với người tham gia giao thông. Song các nhà khoa học cho rằng giải quyết chuyện này không có gì phức tạp. Chỉ việc dúng kỹ thuật sinh học ghép gen của cây lệ nhi sống dưới nước vào cây mọc trên cạn thì thu được chlorophyl “cần thiết” không mấy khó khăn.
Lúc đó câu chuyện cổ tích của tuổi thơ về những cây phát sáng sẽ trở thành chuyện bình thường, và hình ảnh huyền ảo của những hàng cây này đẹp không thua chuyện cổ tích. (Tất nhiên, cần phải bảo vệ những hàng cây dát vàng, vì dù là vàng nano có khối lượng vàng không đáng kể đi nữa cũng dễ bị người ta ngắt “làm kỷ niệm”).
Các nhà khoa học Đài Loan đã tìm ra cách biến lá cây thành những điốt quang sinh học, có thể phát ánh sáng trắng xanh đủ rực rỡ để gợi mở nhiều ứng dụng bất ngờ. Nghiên cứu do Tiến sĩ SuYen-hsun thuộc Trường Đại học Chen Kung dẫn dắt, tập trung vào cây Lệ nhi, có tên khoa học bacopa caroliniana, một loài thủy sinh lâu năm. Loài cây này thường sống ở vùng đầm lầy ven biển, đồng thời được nhiều người đem trồng trong chậu làm cây cảnh nhờ khả năng thích nghi với môi trường ẩm ướt. Nhóm nghiên cứu ghép những hạt vàng nano, mỗi hạt có kích thước không quá 5 nanomet, vào lá Lệ nhi bằng phương pháp phù hợp với cấu trúc xốp tự nhiên.
Sau khi được “làm giàu” bằng kim loại quý, những chiếc lá bắt đầu phát ánh sáng đỏ khá mạnh, khác hẳn vẻ ngoài bình thường mà mắt người vẫn quen nhìn thấy. Hiện tượng này dựa trên chlorophyl, sắc tố giúp cây hấp thụ năng lượng mặt trời để tổng hợp chất hữu cơ, đồng thời cũng có khả năng phát ra ánh sáng. Một thí nghiệm đơn giản có thể minh họa đặc tính ấy, khi vài chiếc lá rau xanh được ngâm trong cồn, sau đó dung dịch chlorophyl được đổ lên màng giấy lọc. Trên màng giấy, các vệt phát sáng màu đỏ hồng có thể xuất hiện, dù cường độ rất yếu và thông thường không đủ để mắt người nhận biết rõ ràng.
Điều đáng chú ý là chlorophyl vẫn phát sáng cả ban ngày lẫn ban đêm, nghĩa là hiện tượng này không nhất thiết cần ánh nắng kích thích liên tục. Trong tự nhiên, thứ ánh sáng yếu ấy có thể hỗ trợ những động vật hoạt động về đêm như tắc kè và bướm đêm định hướng giữa môi trường rừng tối. Tuy nhiên, chlorophyl có thể không phát sáng đều đặn mà hoạt động theo kiểu lúc bật, lúc tắt, một đặc điểm cũng được ghi nhận ở cây bụi và cây thân gỗ. Với Lệ nhi sống dưới nước, chlorophyl không chỉ phát ánh sáng đỏ mà còn tạo ra ánh sáng xanh da trời, dù ban đầu cường độ vẫn quá thấp để quan sát bằng mắt.
Tiến sĩ Su tìm cách tăng cường ánh sáng bằng những hạt vàng siêu nhỏ, vốn có khả năng khuếch đại nhiều loại ánh sáng khi chúng chiếu lên bề mặt đặc biệt của hạt. Lá Lệ nhi có đủ độ xốp để hấp phụ những vi hạt hòa tan trong nước, giúp các hạt vàng nano tập trung gần những lục lạp chứa chlorophyl. Khi vị trí tương tác được tối ưu, ánh sáng xanh được khuếch đại đáng kể, đạt mức đủ sáng để một người có thể đọc sách trong điều kiện phù hợp. Đây là điểm khiến thí nghiệm trở nên hấp dẫn, bởi một chiếc lá nhỏ không còn chỉ phản chiếu ánh sáng mà đã hoạt động như nguồn sáng sinh học thực sự.
Ánh sáng sau khi được khuếch đại phân bố khá đồng đều, thay vì chỉ tạo ra những vùng lóe sáng rời rạc trên bề mặt lá. Các nhà khoa học cho rằng những hạt vàng sử dụng trong nghiên cứu có cấu trúc giống một con nhím biển, với nhiều phần nhô ra hỗ trợ quá trình tương tác ánh sáng. Cấu trúc ấy giúp các điốt quang sinh học trong lá hoạt động liên tục hơn, hạn chế tình trạng chập chờn vốn xuất hiện khi lá chưa được xử lý bằng vàng nano. Theo Tiến sĩ Su, công nghệ này có thể mở đường cho ý tưởng trồng những hàng cây phát sáng ven xa lộ, từ đó thay thế một phần các dãy cột đèn hiện nay.
Nếu triển khai thành công, cây phát sáng không chỉ cung cấp ánh sáng ban đêm mà còn tiếp tục thực hiện các chức năng sinh học vốn có của thực vật. Hàng cây ven đường có thể góp phần thanh lọc bầu khí quyển, khử một số chất thải độc hại từ ô tô và đồng hóa khí cácbonic trong quá trình sinh trưởng. Một vấn đề cần giải quyết là chlorophyl ở cây trên cạn thường tạo ánh sáng đỏ, loại ánh sáng được cho là kém dịu mắt và không quen thuộc với người tham gia giao thông. Các nhà khoa học nhận định kỹ thuật sinh học ghép gen từ cây Lệ nhi sống dưới nước vào cây trên cạn có thể tạo ra chlorophyl phù hợp hơn.
Khi đó, hình ảnh những hàng cây phát sáng từng xuất hiện trong truyện cổ tích có thể trở thành cảnh quan quen thuộc, dù vẫn cần bảo vệ chúng khỏi nguy cơ bị ngắt làm kỷ niệm.
