光照10秒發(fā)光1小時(shí)！MIT團(tuán)隊(duì)研發(fā)“發(fā)光植物”，可持續(xù)充電至少2周

通常，人們把電燈用作室內(nèi)外照明的光源。近期，麻省理工學(xué)院（MIT）團(tuán)隊(duì)開辟了另一種以植物作為發(fā)光源的路徑。

MIT 團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新型發(fā)光植物，他們在植物的葉子中嵌入“神秘”的納米粒子，使植物在 LED 充電 10 秒后，可發(fā)光數(shù)分鐘，并且能反復(fù)地充電。

相關(guān)論文以《將活植物葉肉增強(qiáng)為光子電容器》（Augmenting the living plant mesophyll into a photonic capacitor）為題發(fā)表在 Science Advance。

“如果活植物可以成為先進(jìn)技術(shù)的起點(diǎn)，植物可能會取代我們目前不可持續(xù)的城市電網(wǎng)，為包括人類在內(nèi)的所有依賴植物的物種帶來共同利益，它代表了我們對活植物和照明電能的看法的根本轉(zhuǎn)變?！?MIT 建筑學(xué)教授、該論文作者之一希拉·肯尼迪（Sheila Kennedy）表示。

從研究結(jié)果來看，這些植物的亮度和該團(tuán)隊(duì)在 2017 年研發(fā)的“第一代發(fā)光植物”相比，增強(qiáng)了 10 倍。該研究建立了將活植物轉(zhuǎn)化為光子基質(zhì)的方法，以應(yīng)用于基于植物的反射裝置、信號和增強(qiáng)植物照明。

麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系教授、該論文的通訊作者邁克爾·斯特拉諾（Michael S.?Strano）說：“我們想要創(chuàng)造一種帶有粒子的發(fā)光植物，這些粒子會吸收光、儲存光，然后逐漸****光，這是向植物照明邁出的一大步?！?/span>

該研究中，活植物為科學(xué)家提供了新的思路。通常，由塑料和電路板生產(chǎn)并最終作為廢物處理的設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造的機(jī)會。

海綿狀葉肉是薄壁組織細(xì)胞的高表面積組合物，支持通過大多數(shù)葉子表面內(nèi)的氣孔進(jìn)行氣體和液體交換。該團(tuán)隊(duì)通過研究活植物的葉肉作為生物相容性底物，用于光子應(yīng)用的薄納米磷光膜的光子顯示。

該團(tuán)隊(duì)提出假設(shè)：植物海綿葉肉本身是否可以提供光子底物，以增強(qiáng)基于植物的光子學(xué)和光****？這是一個(gè)科學(xué)問題，因?yàn)榧{米顆粒 (NP) 沉積后的生物相容性、顆粒粘附和葉肉水力功能尚不清楚。

研究人員實(shí)驗(yàn)了 NPs 如何滲透到葉肉中改變其吸收、儲存和重新****入射光的能力。由此，產(chǎn)生的光子電容將有助于將功能性光學(xué)引入植物葉肉區(qū)域中，具有完全生物相容性和功能性的特定定位的活植物中。

多年來，該團(tuán)隊(duì)專注于植物納米仿生學(xué)的新領(lǐng)域，他們通過把不同類型的納米粒子在植物中嵌入，賦予植物新的特征。

如果光源不穩(wěn)定，必定非可持續(xù)應(yīng)用的技術(shù)，所以，在研究過程中，斯特拉諾及其團(tuán)隊(duì)努力想辦法，以延長光的照明時(shí)間并使其組件的光線更加明亮。于是，他們提出了使用“電容器”的思路。

電容器是電路的一部分，可以儲存電能并在需要時(shí)釋放電能。研究人員表示，“在發(fā)光植物的情況下，可以使用光電容器以光子的形式存儲光，然后隨著時(shí)間的推移逐漸釋放。”

研究人員還使用了一種“磷光體”材料，他們用這種材料來吸收可見光或者紫外光，隨后再通過磷光逐漸地釋放。

此外，他們還使用“鋁酸鍶”化合物用來形成納米顆粒，作為磷光體。當(dāng)然，研究人員并不是將它們直接嵌入植物，在此之前，這些顆粒表面會被涂上“保護(hù)層”二氧化硅，這樣可以避免植物受到損害。

研究人員表示，“這項(xiàng)新研究的主要結(jié)論是，可以使活植物的葉肉展示這些光子粒子，而不會傷害植物或犧牲照明特性。在藍(lán)光 LED 照射 10 秒后，這些植物可以發(fā)光大約 1 小時(shí)?！?/span>

研究人員發(fā)現(xiàn)，在照明的過程中，前5分鐘的光線最亮，然后逐漸減弱。2019 年，研究人員在“史密森尼設(shè)計(jì)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)展覽”中曾展示這項(xiàng)研究，結(jié)果表明，這些植物可以連續(xù)充電至少 2 周。

該論文第一作者保羅·戈迪喬克（Pavlo Gordiichuk）對媒體表示，“我們需要一種強(qiáng)光，以一個(gè)脈沖的形式傳遞幾秒鐘，然后才能充電?！?span id="9sfrj4w" class="Apple-converted-space"> 

他補(bǔ)充說道，“我們還展示了可以使用大透鏡，例如菲涅耳透鏡，將我們放大的光傳輸超過 1 米的距離，這朝著商業(yè)化創(chuàng)造照明的落地邁出了重要一步?！?br />
該團(tuán)隊(duì)表示，“目前的該項(xiàng)目的研究重點(diǎn)是，把磷光電容器顆粒和我們在 2017 年研究中使用的熒光素酶納米顆粒相結(jié)合。希望這兩種技術(shù)的結(jié)合，可以生產(chǎn)出能夠在更長時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更亮光的植物?！?/span>

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參考：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abe9733
https://news.mit.edu/2021/glowing-plants-nanoparticles-0917