可發(fā)光的植物
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)院團(tuán)隊(duì)開辟了另一種以植物作為發(fā)光源的路徑。
麻省理工學(xué)院團(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》為題發(fā)表在Science Advance。
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“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。”麻省理工學(xué)院建筑學(xué)教授、該論文作者之一希拉·肯尼迪表示。
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,然后逐漸發(fā)射光,這是向植物照明邁出的一大步?!?/p>
SA Np滲透到活植物中
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)和光發(fā)射?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、儲存和重新發(fā)射入射光的能力。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?!?/p>
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。
豆瓣植物中mSA顆粒的大小依賴性滲透
SA Nps在模式植物和大樹中的應(yīng)用
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)?!?/p>
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?!?/p>
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?!?/p>
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?!保ㄕ悦馈渡羁萍肌罚ň庉?華生)