微米和纳米科技材料

纳米科技:会发光的植物

科学家已经创造出在黑暗中发光的植物

想象一下,当天黑的时候不用打开灯,你可以通过桌子上发光植物的灯光来看书~

麻省理工学院的工程师已经迈出了关键的第一步,实现这一愿景。通过在水芹植物的叶子中嵌入专门的纳米颗粒,他们诱导植物发出近四个小时的暗淡光线。他们相信,随着进一步的优化,这种植物将有一天足够光明照亮工作空间。

“设想的目的是制造一台能起台灯作用的设备 – 一盏不用插电的台灯。灯光最终由工厂本身的能量代谢驱动,”碳纤维P杜布斯麻省理工学院化学工程教授兼高级作者。

用纳米离子发光植物(两个3.5周龄的豆瓣植物)对一本书(John Milton写的“失乐园”)的照片。书本和发光豆瓣植物放在反光纸的前面,以增加发光植物对书页的影响。

纳米科技:会发光的植物​研究人员说,这种技术也可以用来提供低强度的室内照明,或者将树木转换成自供电的路灯。

MIT博士后Seon-Yeong Kwak是这项研究的主要作者,在“纳米快报”上发表。

纳米植物

植物纳米电子学是Strano实验室开创的一个新的研究领域,旨在通过将植物纳入不同类型的纳米粒子,赋予植物新的特征。该小组的目标是设计工厂接管现在由电子设备执行的许多功能。研究人员之前设计的植物可以检测爆炸物并将这些信息传达给智能手机,以及可以监测干旱情况的植物。

占全球能耗约20%的照明看起来是合乎逻辑的下一个目标。 “植物可以自我修复,他们有自己的能量,他们已经适应了室外环境,”斯特拉诺说。 “我们认为这是一个时长到了的想法。这对植物纳米电子学来说是一个完美的问题。“

在芝麻菜植物的叶子上印着麻省理工学院的标志。使用实验室设计的注射器端接适配器将纳米颗粒的混合物注入叶中。图像合并了明场图像和黑暗中的光线。

纳米科技:会发光的植物​为了创造他们发光的植物,麻省理工学院的研究小组转向了萤光素酶,这种酶使萤火虫发光。萤光素酶作用于称为荧光素的分子,使其发光。另一种称为辅酶A的分子通过去除可抑制萤光素酶活性的反应副产物来帮助该过程。

麻省理工学院的团队将这三种成分分别包装到不同类型的纳米颗粒载体中。美国食品和药物管理局将其归类为“通常被认为是安全的”的材料制成的纳米颗粒帮助每个组分到达设备的正确部分。它们还防止组分达到可能对植物有毒的浓度。

研究人员使用直径约10纳米的二氧化硅纳米粒子来携带萤光素酶,他们分别使用聚合物PLGA和壳聚糖的稍微较大的粒子来携带萤光素和辅酶A.研究人员首先将这些颗粒悬浮在溶液中,使颗粒进入植物叶片。将植物浸入溶液中,然后暴露于高压下,使颗粒通过称为气孔的小孔进入叶片。

释放荧光素和辅酶A的颗粒被设计成积聚在叶肉内部的叶肉细胞外空间,而含有荧光素酶的较小颗粒进入组成叶肉的细胞。 PLGA颗粒逐渐释放荧光素,然后进入植物细胞,荧光素酶进行化学反应,使荧光素发光。

研究人员在项目开始阶段的早期工作取得了可以发光约45分钟的植物,而这些植物已经改善至3.5小时。由一个10厘米的西洋菜苗圃产生的光线目前大约是读取量的千分之一,但研究人员认为,通过进一步优化浓度和释放,他们可以提高光线的发射以及光线的持续时长组件的速率。

植物转化

以前的努力创造发光植物依靠基因工程植物来表达萤光素酶的基因,但这是一个繁琐的过程,产生极其昏暗的光线。这些研究是在植物遗传学研究中常用的烟草和拟南芥上进行的。但是,Strano实验室开发的方法可以用于任何类型的植物。到目前为止,他们已经用芝麻菜,羽衣甘蓝和菠菜,以及豆瓣菜来证明这一点。

对于这种技术的未来版本,研究人员希望开发一种将纳米粒子喷涂或喷洒到植物叶子上的方法,这可以将树木和其他大型植物转化为光源。

斯特拉诺说:“我们的目标是在植物是苗木或成熟的植物时进行一次处理,并在植物的一生中持续使用。” “我们的工作非常认真地打开了路灯,只是对待树木,在家里间接照明。”

研究人员还表明,他们可以通过添加携带荧光素酶抑制剂的纳米粒子来关闭灯光。研究人员说,这可以使他们最终创造植物,以切断阳光等环境条件下的光照。

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