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你是否记得《阿凡达》电影中 ， 潘多拉星球上发出璀璨光芒的花草吗？还有如发光水母一样漫天飞舞的“希望树”种子 ， 点缀着那片奇幻森林 。 而现在那幅由幻想家们想象出来童话世界 ， 正在被科学家们实现 。
上图：《阿凡达》里的发光植物
容我们大胆畅想一下：如果植物依靠自身的代谢能量就能让自己成为照亮黑夜明灯 ， 从而照亮我们的书桌 ， 驱散道路上的黑暗 ， 却不需要插入电源 。 我们生活的环境将会变成怎样的童话世界？
然而 ， 实际上来自麻省理工学院的研究人员 ， 早在2017就开始逐渐将这些幻想化为现实 。 当时 ， 他们通过将专门的纳米粒子嵌入豆瓣菜的叶子中 ， 从而诱导豆瓣菜连续四个小时都发出了微弱的光线 。
上图：用纳米发光植物照亮一本书 ， 图为两株3.5周的豆瓣菜 。
这些豆瓣菜就是第一代可用于照明的发光植物 。 为了创造发光豆瓣菜 ， 麻省理工学院的研究人员盯上了荧光素酶 ， 这种酶恰巧就是使萤火虫发光的物质 。 荧光素酶作用于能够发光的 ， 被称为荧光素的分子 。 另一种称为辅酶 A 的分子通过去除可抑制荧光素酶活性的反应副产物来帮助 。
上图：萤火虫
研究人员将这三种成分中的每一种 ， 都包装成不同类型的纳米颗粒载体 。 之后将纳米颗粒悬浮在溶液中 ， 并将植物浸入溶液 ， 然后暴露在高压下 ， 使颗粒通过叶片表面的气孔进入植物体内 。
释放荧光素和辅酶 A 的颗粒被设计成在叶肉的细胞外空间（叶子的内层）积聚 ， 而携带荧光素酶的较小颗粒则进入构成叶肉的细胞 。 只不过一棵 10 厘米的豆瓣幼苗产生的光十分微弱 ， 仅为阅读所需光量的千分之一 。
如今 ， 同一研究团队在后续实验中 ， 再次利用在植物叶子中嵌入特殊纳米颗粒的方法 ， 创造出了一种可以储存LED光的发光植物 。 这次 ， 这些植物经过仅10秒的充能之后 ， 就可持续发光几分钟 ， 而且还能被反复使用 。 重要的是 ， 这些植物所产生的光 ， 比2017年的第一代发光植物要亮10倍 。 现已将最新结果于2021 年 9 月 8 日 ， 发表于《科学》杂志上 。
像这样通过将不同类型的纳米粒子嵌入植物中 ， 来赋予植物新的特征 ， 是“植物纳米仿生学”（plant nanobionics）的一个例子 。 在新研究中 ， 为了找出可以延长光照时间 ， 并使其更亮的方法 ， 研究人员想出了使用类似电容的东西 。 要知道在电子器件中 ， 电容可以储存电能并在需要时释放电能 。 对应于发光植物 ， 他们认为也许可以制造出“光电容器” ， 将光以光子的形式存储起来 ， 然后随着时间的推移逐渐释放 。
深思熟虑之后 ， 研究人员决定使用一种被称为磷光体的材料制造“光电容器” 。 这些材料可以吸收可见光或紫外光 ， 然后以磷光的形式缓慢释放出来 。 在实验中 ， 他们使用铝酸锶（磷光体的一种）来形成纳米颗粒 ， 并在将纳米颗粒嵌入植物之前 ， 先包裹上二氧化硅 ， 以此来保护植物免受化合物的伤害 。
上图：纳米颗粒渗入到植物内
这些直径为几百纳米的颗粒 ， 通过位于叶子表面的气孔渗入植物 ， 并积聚在称为叶肉的海绵层中 ， 形成薄膜 。 这种薄膜 ， 可以使活植物的叶肉吸收来自阳光或LED的光子 ， 而不会伤害植物或牺牲照明特性 。
上图：绿色的部分是纳米颗粒 ， 它们聚集在植物叶片的海绵状叶肉组织的表面 。
研究人员表明 ， 在接受蓝色 LED 照射 10 秒后 ， 这些添加了纳米颗粒的植物可以发光大约一个小时 ， 且前五分钟可维持高亮 ， 然后逐渐减弱 ， 还可以连续充能使用至少两周 。
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