LED照明“过时”了,科学家有了更大胆的设法主意

想象一下,天黑的时候,你可以或许颠末过程书桌上的发光植物来停止阅读,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。工程师将分外纳米粒子植入到水田芥的叶子中,诱导水田芥收回微光近四个小时。他咱咱们相信,颠末过程进一步优化,这种发光植物有一天将足够照亮一个工作空间。

MIT化学工程传授、这项研究的资深作者迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)表示,他咱咱们的设想是制作一棵可以或许当成台灯应用的植物—不必要接通电源,光源最终来自于作物自己的能量代谢。

研究员称,这项技术还可以或许或许用来供给低强度室内照明,或将树木改变为自供电路灯。

斯特拉诺表示,照明约占全球能源消耗的20%,而植物可以或许或许自我修复,拥有自己的能量,而且已经顺应了内部环境。他咱咱们认为,时机已经成熟。

斯特拉诺试验室创始的一个新的研究领域叫植物纳米仿生学(Plant nanobionics),旨在颠末过程将分歧范例的纳米粒子植入植物以付与植物新的特征。该团队的偏向是改革植物来取代由电气装配供给的很多功效。此前,研究员设计了可以或许或许监测出爆炸品并将信息传达给智能手机的植物,还设计了可以或许或许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。为了制作发光植物,MIT团队转向应用这种酶。荧光素酶感化于一种叫荧光素(luciferin)的分子,可以或许或许使荧光素发光。另外一种叫做辅酶A(co-enzyme A)的分子则可以或许或许颠末过程去除可克制荧光素酶活性的反应副产品来帮助实现发光的过程。

研究团队将这三种成分分离包装在分歧范例的纳米粒子载体中。这些纳米粒子全体由美国食物和药物办理局(the U.S. Food and Drug Administration)归类为“通常被认为是平安的”的资料制成,可帮助每个成分到达植物的正确部位。纳米粒子还可以或许或许防止这些成分到达可能对植物发生毒素的浓度。

研究员应用直径约10纳米的二氧化硅(silica nanoparticles)纳米粒子来携带荧光素酶,再分离应用稍大一点的聚合物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子悬浮于溶液中,然后把植物浸泡在溶液里,再将其暴露在高压下,使这些粒子颠末过程微小孔隙(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停止化学反应,使荧光素发光。

末了,研究团队制作的植物发光约45分钟,经改良,发光光阴增长到3.5小时。虽然一棵10厘米的水田芥幼苗发生的光是目前阅读所需光照含量的千分之一,但研究员相信,颠末过程进一步优化各成分的浓度和释放速率,可以或许或许增长发光量,并延长发光光阴。

此前,制作发光植物依赖于基因工程植物,但这是一个麻烦的过程,且收回的光非常微弱。而且,这些研究都是在烟草和拟南芥(Arabidopsis thaliana)上停止的,它咱咱们常用于植物遗传研究。然而,MIT研究团队开拓的办法可以或许或许用于任何范例的植物。目前,除了水田芥,他咱咱们已经用芝麻菜、甘蓝和菠菜证明了这一点。

未来,MIT盼望研收回一种办法,将纳米粒子涂或喷在植物叶子上,以此来把树木和其余大型植物转化为光源。

斯特拉诺表示,他咱咱们打算在当植物是幼苗或成熟植株时就停止一次技术处理,并使其在植物的全体性命周期持续发挥感化。

该研究团队还展现了颠末过程添加携带荧光素克制剂的纳米粒子来关闭光源,这帮助他咱咱们创造可以或许根据环境条件(如太阳光)的变更而关闭光源的植物。

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

 

 

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