光照10秒发光1小时！MIT团队研发“发光植物”，可持续充电至少2周

通常，人们把电灯用作室内外照明的光源。近期，麻省理工学院（MIT）团队开辟了另一种以植物作为发光源的路径。

MIT 团队研发了一种新型发光植物，他们在植物的叶子中嵌入“神秘”的纳米粒子，使植物在 LED 充电 10 秒后，可发光数分钟，并且能反复地充电。

相关论文以《将活植物叶肉增强为光子电容器》（Augmenting the living plant mesophyll into a photonic capacitor）为题发表在 Science Advance。

“如果活植物可以成为先进技术的起点，植物可能会取代我们目前不可持续的城市电网，为包括人类在内的所有依赖植物的物种带来共同利益，它代表了我们对活植物和照明电能的看法的根本转变。” MIT 建筑学教授、该论文作者之一希拉·肯尼迪（Sheila Kennedy）表示。

从研究结果来看，这些植物的亮度和该团队在 2017 年研发的“第一代发光植物”相比，增强了 10 倍。该研究建立了将活植物转化为光子基质的方法，以应用于基于植物的反射装置、信号和增强植物照明。

麻省理工学院化学工程系教授、该论文的通讯作者迈克尔·斯特拉诺（Michael S. Strano）说：“我们想要创造一种带有粒子的发光植物，这些粒子会吸收光、储存光，然后逐渐****光，这是向植物照明迈出的一大步。”

该研究中，活植物为科学家提供了新的思路。通常，由塑料和电路板生产并最终作为废物处理的设备的设计和制造的机会。

海绵状叶肉是薄壁组织细胞的高表面积组合物，支持通过大多数叶子表面内的气孔进行气体和液体交换。该团队通过研究活植物的叶肉作为生物相容性底物，用于光子应用的薄纳米磷光膜的光子显示。

该团队提出假设：植物海绵叶肉本身是否可以提供光子底物，以增强基于植物的光子学和光****？这是一个科学问题，因为纳米颗粒 (NP) 沉积后的生物相容性、颗粒粘附和叶肉水力功能尚不清楚。

研究人员实验了 NPs 如何渗透到叶肉中改变其吸收、储存和重新****入射光的能力。由此，产生的光子电容将有助于将功能性光学引入植物叶肉区域中，具有完全生物相容性和功能性的特定定位的活植物中。

多年来，该团队专注于植物纳米仿生学的新领域，他们通过把不同类型的纳米粒子在植物中嵌入，赋予植物新的特征。

如果光源不稳定，必定非可持续应用的技术，所以，在研究过程中，斯特拉诺及其团队努力想办法，以延长光的照明时间并使其组件的光线更加明亮。于是，他们提出了使用“电容器”的思路。

电容器是电路的一部分，可以储存电能并在需要时释放电能。研究人员表示，“在发光植物的情况下，可以使用光电容器以光子的形式存储光，然后随着时间的推移逐渐释放。”

研究人员还使用了一种“磷光体”材料，他们用这种材料来吸收可见光或者紫外光，随后再通过磷光逐渐地释放。

此外，他们还使用“铝酸锶”化合物用来形成纳米颗粒，作为磷光体。当然，研究人员并不是将它们直接嵌入植物，在此之前，这些颗粒表面会被涂上“保护层”二氧化硅，这样可以避免植物受到损害。

研究人员表示，“这项新研究的主要结论是，可以使活植物的叶肉展示这些光子粒子，而不会伤害植物或牺牲照明特性。在蓝光 LED 照射 10 秒后，这些植物可以发光大约 1 小时。”

研究人员发现，在照明的过程中，前5分钟的光线最亮，然后逐渐减弱。2019 年，研究人员在“史密森尼设计学院的实验展览”中曾展示这项研究，结果表明，这些植物可以连续充电至少 2 周。

该论文第一作者保罗·戈迪乔克（Pavlo Gordiichuk）对媒体表示，“我们需要一种强光，以一个脉冲的形式传递几秒钟，然后才能充电。” 

他补充说道，“我们还展示了可以使用大透镜，例如菲涅耳透镜，将我们放大的光传输超过 1 米的距离，这朝着商业化创造照明的落地迈出了重要一步。”

该团队表示，“目前的该项目的研究重点是，把磷光电容器颗粒和我们在 2017 年研究中使用的荧光素酶纳米颗粒相结合。希望这两种技术的结合，可以生产出能够在更长时间内产生更亮光的植物。”

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