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养一株可以照明的植物,还给它充电?其实并不难

图中,绿色的纳米颗粒聚集在植物叶片内海绵状叶肉组织表面。

phys.org网站当地时间9月20日报道,由美国麻省理工学院(MIT)Michael Strano教授领导的团队通过在植物叶片中嵌入特殊纳米颗粒,制造出了一种能由发光二极管(LED)充电的新型发光植物――只需充电10秒,植物就能发光数分钟。这种可反复充电的植物产生的光亮,是同样由该团队培养的第一代发光植物的10倍左右。

Strano教授说:“我们希望创造一种内嵌纳米粒子的发光植物,它能够吸收光,储存一部分光,然后逐渐将其释放。这是‘植物照明’技术的重大突破。”论文作者、MIT教授Sheila Kennedy评价道:“用植物的可再生化学性质创造环境光是非常激进的思路。这代表我们对活体植物与照明电能的看法发生了根本转变。”

“植物纳米仿生”是一个新兴的研究领域。从事相关研究的科学家通过调整活体植物与功能纳米粒子的匹配模式,创造了各式各样的功能特性。Strano团队长期致力于植物纳米仿生研究。他们在第一代发光植物中植入了含荧光素酶和荧光素的纳米粒子,培育出了能够发出数小时昏暗光线的豆瓣菜。在新研究中,Strano教授希望延长植物的发光时间,并提高光线亮度。因此,他们在发光植物中引入了电容――对于发光植物而言,光电容器能够以光子形式存储光,然后随着时间的推移逐渐释放光能。为了制造光电容器,研究人员以铝酸锶作为荧光粉主体,并以二氧化硅进行包覆。这种荧光粉材料能吸收可见光或紫外线,并缓慢地以磷光形式释放光能。纳米粒子通过气孔进入植物组织内部,聚集在海绵状叶肉层中,形成一层薄膜。

植物不仅能吸收太阳光线,也能吸收LED光线。研究人员表示,用蓝色LED照射10秒后,植物能够发光约1小时。在前5分钟内,光线最亮,随后逐渐减弱。值得注意的是,其充电寿命至少能达到两周。此外,研究人员还调查了纳米粒子对植物正常功能的影响。结果表明,在10天内,植物能够正常进行光合作用,并通过气孔蒸发水分。实验结束后,研究人员从中提取了大约六成的荧光粉,并在另一植物中重复使用。

光电容器具有良好的适应性,它能够在罗勒、豆瓣菜和烟草等多种植物中工作,甚至能让大型植物泰国象耳发光――这种植物的宽度达到一英尺左右,足以用作户外光源。Kennedy说:“如果基于活体植物的照明技术能够取代人类目前不可持续的城市电网,那么包括人类在内的所有依赖植物的物种都将获益。”

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编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《科学进展》

期刊编号:2375-2548

原文链接:https://phys.org/news/2021-09-light-emitting-repeatedly.html

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