工程师创建可重复充电的发光工厂

麻省理工学院的工程师利用植叶中嵌入的专用纳米粒子，创建了一种发光植物，可以由 LED 充电。充电10秒后，植物发光亮亮几分钟，可以反复充电。

这些植物产生的光亮度是研究小组在2017年报告的第一代发光植物的10倍。

麻省理工学院碳Dabs化学工程学教授、新研究的高级作者迈克尔·斯特拉诺（Michael Strano）说："我们希望建立一个发光植物，其颗粒可以吸收光线，储存一些光线，并逐渐释放光。"这是朝着基于植物的照明迈出的一大步。

麻省理工学院建筑学教授、曾与斯特拉诺的植物照明小组合作过的论文作者希拉·肯尼迪说："用活植物的可再生化学能创造环境光是一个大胆的想法。"这代表了我们对生活植物和照明电能的看法的根本转变。

这些粒子还可以促进任何其他类型的发光植物的光生产，包括那些最初开发的斯特拉诺实验室。这些植物使用含有萤火虫中发现的酶荧光酶的纳米粒子来产生光。将功能纳米粒子混合和匹配插入活植物以产生新的功能特性的能力是"植物纳米仿生学"新兴领域的一个例子。

帕夫洛·戈尔迪丘克，前麻省理工学院博士后，是新论文的主要作者，发表在《科学进展》杂志上。

光电容器

Strano的实验室已经在新的植物纳米仿生学领域工作了几年，该领域旨在通过将植物嵌入不同类型的纳米粒子来赋予植物新的特点。他们的第一代发光植物含有纳米粒子，这些粒子携带着葡萄糖和黄斑素，它们协同工作，使萤火虫发光。利用这些粒子，研究人员生成了水菜植物，这些水菜植物可以发出昏暗的光线，大约是需要阅读的千分之一，时间长达几个小时。

在新的研究中，Strano和他的同事们希望制造出能够延长光的持续时间并使之更亮的组件。他们想出了使用电容器的想法，电容器是电路的一部分，可以存储电力并在需要时释放电容器。在发光植物的情况下，光电容器可以用来存储光子的形式，然后随着时间的推移逐渐释放它。

为了制造出他们的"光电容器"，研究人员决定使用一种称为磷的材料。这些材料可以吸收可见光或紫外线，然后慢慢释放成荧光。研究人员使用一种叫做钛酸盐的化合物，这种化合物可以形成纳米粒子，作为他们的磷。在将它们嵌入植物之前，研究人员将颗粒涂在二氧化硅中，从而保护植物免受损害。

这些直径为几百纳米的粒子可以通过位于叶子表面的孢子小孔注入植物中。粒子积聚在一个叫做中皮的海绵层中，在那里它们形成薄膜。研究人员说，这项新研究的一个主要结论是，活植物的间皮可以用来显示这些光子粒子，而不会损害植物或牺牲照明特性。

这种薄膜可以吸收来自阳光或 LED 的光子。研究人员显示，在10秒的蓝色LED暴露后，他们的植物可以发出大约一个小时的光。前五分钟光线最亮，然后逐渐减弱。正如该团队在2019年史密森尼设计研究所的实验展览中展示的那样，这些植物可以持续充电至少两周。

Gordiichuk说："我们需要有一个强烈的光，作为一个脉冲传递几秒钟，这样可以充电。"我们还表明，我们可以使用大镜头，如雀精镜头，将放大的光线传输到一米以上的距离。这是朝着创建人们可以使用的规模照明迈出的一个很好的步骤。

Kennedy 说："史密森尼工厂地产展展示了未来愿景，即生活植物的照明基础设施是人们工作和生活空间不可分割的一部分。"如果活植物可以成为先进技术的起点，那么植物可能会取代我们目前不可持续的城市电气照明网格，使包括人在内的所有依赖植物的物种都受益。

大规模照明

麻省理工学院的研究人员发现，"光电容器"方法可以在许多不同的植物物种中起作用，包括罗勒、水菜和烟草。他们还表明，他们可以照亮一种叫做泰国象耳的植物的叶子，这种植物可以超过一英尺宽的大小，使植物作为户外照明源变得有用。

研究人员还调查了纳米粒子是否干扰了正常的植物功能。他们发现，在10天的时间里，这些植物能够正常地进行光合作用，并通过它们的斯托马塔蒸发水分。实验结束后，研究人员能够从植物中提取大约60%的磷，并在另一种植物中重复使用。

Strano实验室的研究人员目前正在研究将磷光电容器颗粒与2017年研究中使用的荧光纳米粒子相结合，希望将这两种技术相结合，能够产生更亮的光，持续更长时间。