想象一下，天黑的時(shí)候，你可以通過書桌上的發(fā)光植物來進(jìn)行閱讀，而不是打開一盞燈，這是什么樣的體驗(yàn)？
麻省理工學(xué)院（MIT）工程師在實(shí)現(xiàn)這一愿景的過程中邁出了關(guān)鍵的第一步。工程師將特殊納米粒子植入到水田芥的葉子中，誘導(dǎo)水田芥發(fā)出微光近四個(gè)小時(shí)。他們相信，通過進(jìn)一步優(yōu)化，這種發(fā)光植物有一天將足夠照亮一個(gè)工作空間。
MIT化學(xué)工程教授、這項(xiàng)研究的資深作者邁克爾·斯特拉諾（Michael Strano）表示，他們的設(shè)想是制造一棵能夠當(dāng)做臺燈使用的植物—不需要接通電源，光源最終來自于作物本身的能量代謝。
研究員稱，這項(xiàng)技術(shù)還可以用來提供低強(qiáng)度室內(nèi)照明，或?qū)淠巨D(zhuǎn)變?yōu)樽怨╇娐窡簟?/span>
斯特拉諾表示，照明約占全球能源消耗的20%，而植物能夠自我修復(fù)，擁有自己的能量，而且已經(jīng)適應(yīng)了外部環(huán)境。他們認(rèn)為，時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。
斯特拉諾實(shí)驗(yàn)室開創(chuàng)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域叫植物納米仿生學(xué)（Plant nanobionics），旨在通過將不同類型的納米粒子植入植物以賦予植物新的特征。該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是改造植物來取代由電氣裝置提供的許多功能。此前，研究員設(shè)計(jì)了能夠監(jiān)測出爆炸品并將信息傳達(dá)給智能手機(jī)的植物，還設(shè)計(jì)了能夠監(jiān)測干旱狀況的植物。
據(jù)悉，熒光素酶（luciferase）是一種使螢火蟲發(fā)光的酶。為了制造發(fā)光植物，MIT團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向使用這種酶。熒光素酶作用于一種叫熒光素（luciferin）的分子，能夠使熒光素發(fā)光。另一種叫做輔酶A（co-enzyme A）的分子則可以通過去除可抑制熒光素酶活性的反應(yīng)副產(chǎn)物來幫助實(shí)現(xiàn)發(fā)光的過程。
研究團(tuán)隊(duì)將這三種成分分別包裝在不同類型的納米粒子載體中。這些納米粒子全部由美國食品和藥物管理局（the U.S. Food and Drug Administration）歸類為“通常被認(rèn)為是安全的”的材料制成，可幫助每個(gè)成分到達(dá)植物的正確部位。納米粒子還可以防止這些成分達(dá)到可能對植物產(chǎn)生毒素的濃度。
研究員使用直徑約10納米的二氧化硅（silica nanoparticles）納米粒子來攜帶熒光素酶，再分別使用稍大一點(diǎn)的聚合物PLGA（polymers PLGA）和殼聚糖粒子（chitosan）來攜帶熒光素和輔酶A。為了讓這些粒子進(jìn)入植物葉片，研究員首先將這些粒子懸浮于溶液中，然后把植物浸泡在溶液里，再將其暴露在高壓下，使這些粒子通過微小孔隙（氣孔，stomata）進(jìn)入葉子。
釋放熒光素和輔酶A的粒子積聚在葉肉的細(xì)胞外空間（即葉子的內(nèi)層），而攜帶熒光素酶的小粒子則進(jìn)入構(gòu)成葉肉的細(xì)胞中。PLGA粒子逐漸釋放出熒光素后，熒光素進(jìn)入植物細(xì)胞，而熒光素酶在細(xì)胞里進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使熒光素發(fā)光。
最初，研究團(tuán)隊(duì)制造的植物發(fā)光約45分鐘，經(jīng)改進(jìn)，發(fā)光時(shí)間增加到3.5小時(shí)。雖然一棵10厘米的水田芥幼苗產(chǎn)生的光是目前閱讀所需光照含量的千分之一，但研究員相信，通過進(jìn)一步優(yōu)化各成分的濃度和釋放速率，可以增加發(fā)光量，并延長發(fā)光時(shí)間。
此前，制造發(fā)光植物依賴于基因工程植物，但這是一個(gè)麻煩的過程，且發(fā)出的光非常微弱。并且，這些研究都是在煙草和擬南芥（Arabidopsis thaliana）上進(jìn)行的，它們常用于植物遺傳研究。然而，MIT研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的方法可以用于任何類型的植物。目前，除了水田芥，他們已經(jīng)用芝麻菜、甘藍(lán)和菠菜證明了這一點(diǎn)。
未來，MIT希望研發(fā)出一種方法，將納米粒子涂或噴在植物葉子上，以此來把樹木和其他大型植物轉(zhuǎn)化為光源。
斯特拉諾表示，他們打算在當(dāng)植物是幼苗或成熟植株時(shí)就進(jìn)行一次技術(shù)處理，并使其在植物的整個(gè)生命周期持續(xù)發(fā)揮作用。
該研究團(tuán)隊(duì)還展示了通過添加攜帶熒光素抑制劑的納米粒子來關(guān)閉光源，這幫助他們創(chuàng)造能夠根據(jù)環(huán)境條件（如太陽光）的變化而關(guān)閉光源的植物。
據(jù)悉，該研究獲得美國能源部（the U.S. Department of Energy）的資金支持。（來源：MIT；編譯：LEDinside Janice）
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