光照10秒發(fā)光1小時！MIT團隊研發(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外照明的光源。近期，麻省理工學院（MIT）團隊開辟了另一種以植物作為發(fā)光源的路徑。

MIT 團隊研發(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，并且能反復地充電。

相關論文以《將活植物葉肉增強為光子電容器》（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技術的起點，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變?！?MIT 建筑學教授、該論文作者之一希拉·肯尼迪（Sheila Kennedy）表示。

從研究結果來看，這些植物的亮度和該團隊在 2017 年研發(fā)的“第一代發(fā)光植物”相比，增強了 10 倍。該研究建立了將活植物轉化為光子基質的方法，以應用于基于植物的反射裝置、信號和增強植物照明。

麻省理工學院化學工程系教授、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，活植物為科學家提供了新的思路。通常，由塑料和電路板生產并最終作為廢物處理的設備的設計和制造的機會。

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

該團隊提出假設：植物海綿葉肉本身是否可以提供光子底物，以增強基于植物的光子學和光****？這是一個科學問題，因為納米顆粒 (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。

研究人員實驗了 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，產生的光子電容將有助于將功能性光學引入植物葉肉區(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，該團隊專注于植物納米仿生學的新領域，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)應用的技術，所以，在研究過程中，斯特拉諾及其團隊努力想辦法，以延長光的照明時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，然后隨著時間的推移逐漸釋放?！?/span>

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，“這項新研究的主要結論是，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。在藍光 LED 照射 10 秒后，這些植物可以發(fā)光大約 1 小時?！?/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“史密森尼設計學院的實驗展覽”中曾展示這項研究，結果表明，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，“我們需要一種強光，以一個脈沖的形式傳遞幾秒鐘，然后才能充電?！?span id="ymztly0" class="Apple-converted-space"> 

他補充說道，“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。”

該團隊表示，“目前的該項目的研究重點是，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合。希望這兩種技術的結合，可以生產出能夠在更長時間內產生更亮光的植物?！?/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