麻省理工研究人員發(fā)明可發(fā)光植物,讓綠色建筑名副其實(shí)

有了光，人類才得以在晚上學(xué)習(xí)和工作，因此照明設(shè)備是人類文明得以進(jìn)步的重要原因。從古至今，從最初的篝火，蠟燭，直到現(xiàn)代人普遍使用的電燈泡，夜間照明工具一直在不斷地發(fā)生演變。

而麻省理工學(xué)院的研究人員卻發(fā)明出了一項(xiàng)植物照明技術(shù)，通過向植物注入納米顆粒，可以將植物內(nèi)儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)化為光能，并維持十幾天。其發(fā)光原理與螢火蟲十分相似。

基于這項(xiàng)技術(shù)，未來的綠色環(huán)保建筑將集合陽光、水、土壤和堆肥系統(tǒng)，不需要依靠電網(wǎng)就可以自我發(fā)光，成為一個(gè)前景可觀的可持續(xù)能源。

圖 | 因?yàn)樽⑷爰{米顆粒而發(fā)光的西洋菜 （來源：Strano Research Group）

早在 2017 年，麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系教授 Michael Strano 旗下的研究團(tuán)隊(duì)就在實(shí)驗(yàn)室里成功造出了可發(fā)光的西洋菜。其秘訣在于賦予螢火蟲它們看家本領(lǐng)的熒光素酶（luciferase）。

熒光素酶會(huì)與一種叫做熒光素（luciferin）的分子產(chǎn)生反應(yīng)而發(fā)光。由于該反應(yīng)還會(huì)產(chǎn)生一種會(huì)抑制熒光素酶活性的副產(chǎn)物，他們還添加了一種被稱為輔酶A（co-enzyme A）的分子來消除此副產(chǎn)物，優(yōu)化發(fā)光過程。

研究人員將二氧化硅、聚乳酸-羥基乙酸（PLGA）和殼聚糖這三種具有良好生物降解性的材料制成納米粒子容器，分別將這三種分子注入到植物中。在葉子中，PLGA 納米粒子會(huì)緩慢地釋放熒光素，與熒光素酶產(chǎn)生發(fā)光的反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中，這種西洋菜可以連續(xù)釋放 3.5 小時(shí)的光。

但是，雖然這種反應(yīng)可以產(chǎn)生相當(dāng)明亮的光，其亮度卻無法維持，會(huì)迅速變暗。因此，研究人員近日想出了一個(gè)新辦法：光電容粒子。

這種光電容粒子會(huì)以納米粒子的形式存于植物中，能有效儲(chǔ)存所產(chǎn)生的光能尖峰，保持平穩(wěn)的能量輸出。這樣一來，原本爆亮后迅速變暗的發(fā)光植物就可以平穩(wěn)地輸出光，其持續(xù)時(shí)間也從較短的數(shù)小時(shí)延長到了數(shù)天甚至數(shù)周。

（來源：KVA Matx and Strano Research Group）

Strano很快意識(shí)到，他們不能把發(fā)光植物視為一個(gè)新型“燈泡”，而是要把整個(gè)概念作為可持續(xù)能源未來的一部分，融入到建筑體系里。因此，他需要一位理解其挑戰(zhàn)和潛力的合作伙伴——麻省理工學(xué)院建筑系教授 Sheila Kennedy。

（來源：KVA Matx and Strano Research Group）

Kennedy 表示，由于發(fā)光植物需要利用自然資源才能發(fā)光，因此建筑物需要提供陽光、水（包括水的收集和回收）以及滋養(yǎng)土壤的堆肥。而這個(gè)挑戰(zhàn)與在現(xiàn)實(shí)公寓內(nèi)種植大批植物相類似——如何讓植物茁壯成長，將是在今后發(fā)展該技術(shù)的關(guān)鍵性因素。

如今，人們對(duì)照明的需求占了全球能源消耗近 20%，每年可產(chǎn)生 2 億噸二氧化碳。而一旦發(fā)光植物得以大量生產(chǎn)，它可取代的將不僅是一盞臺(tái)燈，而是數(shù)以千萬計(jì)的碳足跡，是有效的可持續(xù)能源。

（來源：Strano Research Group）

未來，該團(tuán)隊(duì)將致力于研究向植物注射納米粒子的新方法，使它們?cè)谥参锏恼麄€(gè)生命周期內(nèi)發(fā)揮作用。此外，團(tuán)隊(duì)還將在樹木等大型植物上進(jìn)行更多實(shí)驗(yàn)。

團(tuán)隊(duì)指出，提供光明的植物需要健康生長，因此未來的綠色建筑需擁有能整合植物的新型內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)，包括陽光、水和廢料處理。這個(gè)概念可能會(huì)成為未來綠色建筑的理念核心。這樣，人類將與植物產(chǎn)生更緊密的聯(lián)系，就像早前歷史那樣。

最后，這項(xiàng)發(fā)明于 5 月 10 日在紐約庫珀休伊特史密森尼博物館內(nèi)展出。在為期33周的“植物屬性：未來城市發(fā)展”展覽中，參觀者將看到一個(gè)使用植物照明的紐約公寓建筑縮放模型，近距離觀察植物如何向樓房提供照明。該模型還將向人們展示在未來能源有限的情況下，設(shè)計(jì)師將如何調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)，以支持最大限度的植物培育。