将纳米颗粒嵌入植物使其发光，开发可以照明树木

麻省理工学院（MIT）的“植物纳米电子学”团队进行的研究包括发光植物，目前已经培育出可发出持续约4小时微弱光线的植物。研究人员将特殊的纳米颗粒嵌入到豆瓣菜植物中，使植物发光。最近，团队在泰国曼谷展示了他们的研究。

项目工程师Michael Strano 表示，他们的愿景就是让植物可以像台灯一样工作，这样一盏灯无需插入电源插座，而是通过植物自身的能量代谢提供电力。

发光原理

为了打造发光植物，麻省理工学院团队借助了荧光素酶（luciferase），这种酶使得萤火虫闪闪发光。荧光素酶作用于一种称为荧光素（luciferin）的分子，让它发光。另外一种分子称为辅酶（coenzyme）A，它对于去除抑制荧光素酶反应副产品的工艺有帮助。

视频：制作过程

研究团队将这三种成分分别放进不同的纳米颗粒载体中。纳米颗粒全部由美国食品与药物管理局归类为“通常认为是安全的”的材料制成。这些纳米颗粒帮助每种成分到达植物的适当部分，也能防止成分达到可能对植物有毒的浓度。

研究人员使用直径为10纳米的二氧化硅纳米颗粒携带荧光素酶，另外分别地使用更大的PLGA聚合物颗粒和几丁聚糖（chitosan ）携带荧光素和辅酶A。为了让颗粒能够进入植物叶子，首先研究人员将颗粒悬浮于溶液中，再让植物浸入溶液中，然后接受高压处理，使得颗粒通过小孔也称为“气孔”进入叶子中。

释放荧光素和辅酶A的颗粒聚集于叶肉细胞外间隙，即叶子的内层。而更小的颗粒携带荧光素酶进入组成叶肉的细胞。PLGA 颗粒逐渐释放出荧光素，然后荧光素进入植物细胞，在那里荧光素酶会进行化学反应，让荧光素发光。

在项目开始的时候，研究人员的早期工作致力于生产出可发光45分钟的植物，现在他们将这一时间提升至3.5小时，亮度相当于LED灯的6％左右。

一株10厘米的豆瓣菜幼苗产生的光线，目前只达到阅读所需的光线量的千分之一。但是，研究人员相信通过进一步优化成分的浓度和释放率，他们可以增强发光效果及持久度。

此外研究人员还展示了，他们通过添加携带萤光素酶抑制剂的纳米颗粒，将灯关闭。这使得他们最终培育出的植物可根据环境条件，例如白天有阳光的情况下，停止发光。

之前，创建发光植物的工作主要依靠于基因工程植物来表达荧光素酶基因，但是这是一个费力的过程，而且制造出的光线极其微弱。这些研究主要对象是烟草植物和拟南芥，通常用于植物基因研究。然而，Strano 的实验室开发出的方法可用于任何植物。目前，除了豆瓣菜，他们还通过芝麻菜、羽衣甘蓝、菠菜展示了这项技术。

据研究成员称，这项技术也用于低强度的室内照明，或者将树变成自供电的街灯。

Strano 表示，他们的目标是当植物处于幼苗或者成熟时进行特殊处理，并在植物的生命周期持续起作用。通过认真仔细研究，未来他们将开辟一条途径，让树经过处理后直接用于家居照明。

目前，该项技术正在落地。

与泰国房地产开发商合作

Strano周一在曼谷展示他的研究，作为麻省理工学院与泰国首屈一指的房地产开发商Magnolia Quality Development Corporation Limited（MQDC）合作的一部分，该开发商设有可持续发展研发中心RISC，合作旨在减少泰国房地产开发的温室气体排放。

在他成功制作了一个依靠豆瓣笋发光的台灯原型之后，教授和中心将共同研究和开发可以作为自供电路灯运行的树木。

Strano为这种实验提出了四种树木 - 柚木硬木、芒果李、缅甸葡萄和龙脑香科。他们将研究哪些叶子最合适，因为不同的叶子具有不同的特质。有些叶子是蜡状的，有些叶子的表面更容易渗透。

他们希望开发出可以发光的树木，作为Forestias的街灯。Forestias位于曼谷郊区班纳，占地119英亩，由MQDC开发，是一个综合用途项目，以“想象幸福”概念推进，将自然生态系统融入社区。

Strano的最终目标是开发可以照明树木，在新项目中充当街灯，该项目计划在5年后开放。

未来，研究人员希望在这一技术的基础上，开发出一种将纳米颗粒油漆或喷涂到植物叶子上的方法，这样可以将树和其他大型植物转变为光源。

Strano计划在11月返回曼谷，届时他希望能带来第二代技术的原型，在RISC实验室展示成果。他说，如果这项研究取得如此成果，可以发光的树木肯定会更经济，因为它没有能源成本，不需要接入电力系统。

RISC首席顾问Singh Intrachooto表示，Strano的工作为进一步将自然生态系统融入住宅社区开辟了令人兴奋的可能性。他补充说，照明占全球能源消耗量的20％左右，因此发光的树木可以带来巨大的环境效益。