麻省理工學院（MIT）的“植物納米電子學”團隊進行的研究包括發(fā)光植物，目前已經培育出可發(fā)出持續(xù)約4小時微弱光線的植物。研究人員將特殊的納米顆粒嵌入到豆瓣菜植物中，使植物發(fā)光。最近，團隊在泰國曼谷展示了他們的研究。

項目工程師Michael Strano 表示，他們的愿景就是讓植物可以像臺燈一樣工作，這樣一盞燈無需插入電源插座，而是通過植物自身的能量代謝提供電力。

發(fā)光原理

為了打造發(fā)光植物，麻省理工學院團隊借助了熒光素酶（luciferase），這種酶使得螢火蟲閃閃發(fā)光。熒光素酶作用于一種稱為熒光素（luciferin）的分子，讓它發(fā)光。另外一種分子稱為輔酶（coenzyme）A，它對于去除抑制熒光素酶反應副產品的工藝有幫助。

視頻：制作過程

研究團隊將這三種成分分別放進不同的納米顆粒載體中。納米顆粒全部由美國食品與藥物管理局歸類為“通常認為是安全的”的材料制成。這些納米顆粒幫助每種成分到達植物的適當部分，也能防止成分達到可能對植物有毒的濃度。

研究人員使用直徑為10納米的二氧化硅納米顆粒攜帶熒光素酶，另外分別地使用更大的PLGA聚合物顆粒和幾丁聚糖（chitosan ）攜帶熒光素和輔酶A。為了讓顆粒能夠進入植物葉子，首先研究人員將顆粒懸浮于溶液中，再讓植物浸入溶液中，然后接受高壓處理，使得顆粒通過小孔也稱為“氣孔”進入葉子中。

釋放熒光素和輔酶A的顆粒聚集于葉肉細胞外間隙，即葉子的內層。而更小的顆粒攜帶熒光素酶進入組成葉肉的細胞。PLGA 顆粒逐漸釋放出熒光素，然后熒光素進入植物細胞，在那里熒光素酶會進行化學反應，讓熒光素發(fā)光。

在項目開始的時候，研究人員的早期工作致力于生產出可發(fā)光45分鐘的植物，現(xiàn)在他們將這一時間提升至3.5小時，亮度相當于LED燈的6％左右。

一株10厘米的豆瓣菜幼苗產生的光線，目前只達到閱讀所需的光線量的千分之一。但是，研究人員相信通過進一步優(yōu)化成分的濃度和釋放率，他們可以增強發(fā)光效果及持久度。

此外研究人員還展示了，他們通過添加攜帶螢光素酶抑制劑的納米顆粒，將燈關閉。這使得他們最終培育出的植物可根據(jù)環(huán)境條件，例如白天有陽光的情況下，停止發(fā)光。

之前，創(chuàng)建發(fā)光植物的工作主要依靠于基因工程植物來表達熒光素酶基因，但是這是一個費力的過程，而且制造出的光線極其微弱。這些研究主要對象是煙草植物和擬南芥，通常用于植物基因研究。然而，Strano 的實驗室開發(fā)出的方法可用于任何植物。目前，除了豆瓣菜，他們還通過芝麻菜、羽衣甘藍、菠菜展示了這項技術。

據(jù)研究成員稱，這項技術也用于低強度的室內照明，或者將樹變成自供電的街燈。

Strano 表示，他們的目標是當植物處于幼苗或者成熟時進行特殊處理，并在植物的生命周期持續(xù)起作用。通過認真仔細研究，未來他們將開辟一條途徑，讓樹經過處理后直接用于家居照明。

目前，該項技術正在落地。

與泰國房地產開發(fā)商合作

Strano周一在曼谷展示他的研究，作為麻省理工學院與泰國首屈一指的房地產開發(fā)商Magnolia Quality Development Corporation Limited（MQDC）合作的一部分，該開發(fā)商設有可持續(xù)發(fā)展研發(fā)中心RISC，合作旨在減少泰國房地產開發(fā)的溫室氣體排放。

在他成功制作了一個依靠豆瓣筍發(fā)光的臺燈原型之后，教授和中心將共同研究和開發(fā)可以作為自供電路燈運行的樹木。

Strano為這種實驗提出了四種樹木 - 柚木硬木、芒果李、緬甸葡萄和龍腦香科。他們將研究哪些葉子最合適，因為不同的葉子具有不同的特質。有些葉子是蠟狀的，有些葉子的表面更容易滲透。

他們希望開發(fā)出可以發(fā)光的樹木，作為Forestias的街燈。Forestias位于曼谷郊區(qū)班納，占地119英畝，由MQDC開發(fā)，是一個綜合用途項目，以“想象幸福”概念推進，將自然生態(tài)系統(tǒng)融入社區(qū)。

Strano的最終目標是開發(fā)可以照明樹木，在新項目中充當街燈，該項目計劃在5年后開放。

未來，研究人員希望在這一技術的基礎上，開發(fā)出一種將納米顆粒油漆或噴涂到植物葉子上的方法，這樣可以將樹和其他大型植物轉變?yōu)楣庠础?/p>

Strano計劃在11月返回曼谷，屆時他希望能帶來第二代技術的原型，在RISC實驗室展示成果。他說，如果這項研究取得如此成果，可以發(fā)光的樹木肯定會更經濟，因為它沒有能源成本，不需要接入電力系統(tǒng)。

RISC首席顧問Singh Intrachooto表示，Strano的工作為進一步將自然生態(tài)系統(tǒng)融入住宅社區(qū)開辟了令人興奮的可能性。他補充說，照明占全球能源消耗量的20％左右，因此發(fā)光的樹木可以帶來巨大的環(huán)境效益。