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    LED照明“过时”了,科学家研究植物发光

    来源:MIT 时间:2019-05-23 14:20 [编辑:JamesWen] 【字体: 】 我来说两句

    想象一下,天黑的时候,你可以通过书桌上的发光植物来进行阅读,而不是打开一盏灯,这是什么样的体验?

    麻省理工学院(MIT)工程师在实现这一愿景的过程中迈出了关键的第一步。工程师将特殊纳米粒子植入到水田芥的叶子中,?#30415;?#27700;田芥发出微光近四个小时。他们相信,通过进一步优化,这种发光植物有一天将足够照亮一个工作空间。

    MIT化学工程教授、这项研究的资深作者迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)表示,他们的设想是制造一棵能够当做台灯使用的植物—不需要接通电源,光源最终来自于作物本身的能量代谢。

    研究员称,这项技术还可以用来提供低强度室内照明,或将树木转变为自供电路灯。

    斯特拉诺表示,照明约占全球能源消耗的20%,而植物能够自我修复,拥有自己的能量,而且已经适应了外部环?#22330;?#20182;们认为,时机已经成熟。

    斯特拉诺实验室开创的一个新的研究领域叫植物纳米仿生学(Plant nanobionics),旨在通过将不同类型的纳米粒子植入植物以赋予植物新的特征。该团队的目标是改造植物来取代由电气装置提供的许多功能。此前,研究员设计了能够监测出爆炸品并将信息传达给智能手机的植物,还设计了能够监测干旱状况的植物。

    据悉,荧光素酶(luciferase)是一种使萤火虫发光的酶。为了制造发光植物,MIT团队转向使用这种酶。荧光素酶作用于一种叫荧光素(luciferin)的分子,能够使荧光素发光。另一种叫做辅酶A(co-enzyme A)的分子则可以通过去除可?#31181;?#33639;光素酶活性的反应副产物来帮助实现发光的过程。

    研究团队将这三种成分分别包装在不同类型的纳米粒子载体中。这些纳米粒子全部由美国食品和药物管理局(the U.S. Food and Drug Administration)归类为“通常被认为是安全的”的材?#29616;?#25104;,可帮助每个成分到达植物的正确部位。纳米粒子还可以防止这些成分达到可能对植物产生毒素的浓度。

    研究员使用?#26412;?#32422;10纳米的二氧化硅(silica nanoparticles)纳米粒子来携带荧光素酶,再分别使用?#28304;?#19968;点的聚合物PLGA(polymers PLGA)和壳聚糖粒子(chitosan)来携带荧光素和辅酶A。为了让这些粒子进入植物叶片,研究员首先将这些粒?#26377;?#28014;于溶液中,然后把植物浸泡在溶液里,再将其暴露在高压下,使这些粒子通过微小孔隙(气孔,stomata)进入叶子。

    释放荧光素和辅酶A的粒子积聚在叶肉的细胞外空间(即叶子的内层),而携带荧光素酶的小粒子则进入构成叶肉的细胞中。PLGA粒子逐渐释放出荧光素后,荧光素进入植物细胞,而荧光素酶在细胞里进行化学反应,使荧光素发光。

    最初,研究团队制造的植物发光约45?#31181;櫻?#32463;改进,发光时间增加到3.5小时。虽然一棵10厘米的水田芥幼苗产生的光是目前阅?#20102;?#38656;光照含量的千?#31181;?#19968;,但研究员相信,通过进一步优化各成分的浓度和释放速率,可以增加发光量,并延长发光时间。

    此前,制造发光植物?#35272;?#20110;基因工程植物,但这是一个麻烦的过程,且发出的光非常微弱。并且,这些研究都是在烟草和拟南芥(Arabidopsis thaliana)上进行的,它们常用于植物遗传研究。然而,MIT研究团队开发的方法可以用于任何类型的植物。目前,除了水田芥,他们已经用芝麻菜、甘蓝和菠菜证明了这一点。

    未来,MIT希望研发出一种方法,将纳米粒子涂或喷在植物叶子上,?#28304;?#26469;把树木和其他大型植物转化为光源。

    斯特拉诺表示,他们打算在当植物是幼苗或成熟植株时就进行一次技术处理,并使其在植物的整个生命周期?#20013;?#21457;挥作用。

    该研究团队还展示了通过添?#26377;?#24102;荧光素?#31181;?#21058;的纳米粒子来关闭光源,这帮助他们创造能够根据环?#31243;?#20214;(如太阳光)的变化而关闭光源的植物。

    据悉,该研究获得美国能源部(the U.S. Department of Energy)的资金支持。(来源:MIT;编译:LEDinside Janice)


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