微米和纳米科技材料

神奇的人造发光的植物

神奇的人造发光的植物

上图是被纳米仿生发光植物照亮的约翰·弥尔顿《失乐园》书页。这本书和发光的豆瓣植物被放置在反光纸的前面,以增加发光植物对书页的影响。

设想一下,当黑暗降临时,不需要打开灯,你就可以趁着桌上的一棵发光的植物的光亮阅读。

麻省理工学院的工程师们朝着这个美好前景迈出了关键的第一步,使这一愿景成为现实。通过在豆瓣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小时的微弱光。他们相信,随着进一步的优化,这些植物有朝一日会明亮到足以照亮一个工作区。

“我们的研究目的是形成一个工厂,可用作一个书桌的灯,而不需要额外的插件。光最终是由植物本身的能量代谢的动力,”Michael Strano说,他是麻省理工学院化工领域的教授,并且是该项研究的资深作者。

研究人员还说,这种技术也可以用来提供低强度的室内照明,或者将树木改造成自动供电的路灯。

麻省理工大学博士后Seon Yeong Kwak是该研究的主要作者,研究论文已在《Nano Letters》杂志发表。

纳米仿生植物

植物纳米仿生是一个新的研究领域,是Strano实验室首创,旨在给植物的新特征与不同类型的纳米颗粒嵌入。该组织的目标是让工厂接管现在由电气设备执行的许多功能。研究人员先前设计了能够探测爆炸物并将信息传递给智能手机的植物,以及能够监测干旱状况的植物。

上图所示是在一个芝麻叶的发光叶片上呈现出的“MIT”麻省理工学院的标志。纳米颗粒的混合物通过实验室设计的注射器适配器被注入到的芝麻叶中。该图像是在黑暗中的亮场图像和光发射合并而成的。

目前,照明占全球能源消耗的20%左右,似乎是一个合乎逻辑的下一个需要解决的目标。植物可以自我修复,他们有自己的能量,他们已经适应室外环境,Strano说。我们认为这是一个非常值得关注的特性。植物将会作为纳米仿生植物的一个完美的解决方案。

为了制造出发光的植物,麻省理工学院的研究小组转向荧光素酶,这种酶能使萤火虫发光。萤光素酶作用于分子称为荧光素,使它发出的光。另一种被称为辅酶A的分子帮助去除了抑制荧光素酶活性的反应副产物。

麻省理工学院的研究小组将这三种成分包装成不同类型的纳米颗粒载体。这些纳米颗粒全部由美国食品和药物管理局称为“安全”的材料制成,帮助每个部件到达工厂的右侧。它们还可以防止这些成分达到对植物有毒的浓度。

研究人员利用硅纳米颗粒直径约10纳米的携带荧光素酶,他们用稍大颗粒的聚合物PLGA、壳聚糖进行荧光素和辅酶A。为了让这些粒子进入植物的叶子,研究人员首先将粒子悬浮在溶液中。植物被浸泡在溶液中,然后暴露在高压下,使微粒通过小孔气孔进入叶片。

颗粒释放荧光素和辅酶A的目的是在叶肉细胞的空间积累,内的叶层,而较小的粒子携带荧光素酶的进入使叶肉细胞。PLGA粒子逐渐释放荧光素,然后进入植物细胞,在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时的早期努力产生了可以发光45分钟的植物,从那时起已经提高到3.5小时。由一棵10厘米长的水田芥幼苗所产生的光,目前约占所需量的一千分之一,但研究人员相信,通过进一步优化这些成分的浓度和释放速率,它们可以提高光的发射时长以及光的持续时长。

植物转化

以前制造发光植物的努力依赖于基因工程植物来表达荧光素酶的基因,但这是一个费力的过程,且只能产生极其微弱的光。这些研究是在烟草植物和拟南芥上进行的,这些研究通常用于植物遗传研究。然而,该方法由Strano实验室开发的可用于任何类型的植物。到目前为止,他们已经证明了它除了豆瓣还能与芝麻菜、羽衣甘蓝和菠菜相结合。

对于这项技术的未来版本,研究人员希望开发出一种将纳米颗粒喷涂到植物叶子上的方法,这种方法可以使树木和其他大型植物转化为光源。

“我们的目标是执行一个处理当植物幼苗和成熟的植物,并把它在植物的一生中,”Strano说。“我们的工作很认真地打开了门口的路灯,只是处理一些树木,并间接照明周围的家园。”

研究人员还证明,他们可以通过添加荧光素酶抑制剂纳米粒子来降低光亮。研究人员说,这可以使他们最终创造出能够在阳光等环境条件下关闭植物的光发射。

来源:httpss://phys.org/news/2017-12-engineers-create-plants-that-glow.html

此文来源于实验帮商城(www.labbang.com),实验帮商城是国内领先的光电领域产品采购供应平台。

你可能还喜欢

发表评论

您的电子邮件地址将不会发布。

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据