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真正的绿色建筑要来了?科学家发明出可发光的植物

北极蚊子 2019-5-15 16:15

有了光,人类才得以在晚上学习和工作,因此照明设备是人类文明得以进步的重要原因。从古至今,从最初的篝火,蜡烛,直到现代人普遍使用的电灯泡,夜间照明工具一直在不断地发生演变。

而麻省理工学院的研究人员却发明出了一项植物照明技术,通过向植物注入纳米颗粒,可以将植物内储存的能量转化为光能,并维持十几天其发光原理与萤火虫十分相似。

基于这项技术,未来的绿色环保建筑将集合阳光、水、土壤和堆肥系统,不需要依靠电网就可以自我发光,成为一个前景可观的可持续能源。

图 | 因为注入纳米颗粒而发光的西洋菜 (来源:Strano Research Group)

早在 2017 年,麻省理工学院化学工程系教授 Michael Strano 旗下的研究团队就在实验室里成功造出了可发光的西洋菜。其秘诀在于赋予萤火虫它们看家本领的荧光素酶(luciferase)

荧光素酶会与一种叫做荧光素(luciferin)的分子产生反应而发光。由于该反应还会产生一种会抑制荧光素酶活性的副产物,他们还添加了一种被称为辅酶A(co-enzyme A)的分子来消除此副产物,优化发光过程。

研究人员将二氧化硅、聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)和壳聚糖这三种具有良好生物降解性的材料制成纳米粒子容器,分别将这三种分子注入到植物中。在叶子中,PLGA 纳米粒子会缓慢地释放荧光素,与荧光素酶产生发光的反应。实验中,这种西洋菜可以连续释放 3.5 小时的光。

但是,虽然这种反应可以产生相当明亮的光,其亮度却无法维持,会迅速变暗。因此,研究人员近日想出了一个新办法:光电容粒子

这种光电容粒子会以纳米粒子的形式存于植物中,能有效储存所产生的光能尖峰,保持平稳的能量输出。这样一来,原本爆亮后迅速变暗的发光植物就可以平稳地输出光,其持续时间也从较短的数小时延长到了数天甚至数周。

(来源:KVA Matx and Strano Research Group)

Strano很快意识到,他们不能把发光植物视为一个新型“灯泡”,而是要把整个概念作为可持续能源未来的一部分,融入到建筑体系里。因此,他需要一位理解其挑战和潜力的合作伙伴——麻省理工学院建筑系教授 Sheila Kennedy。

(来源:KVA Matx and Strano Research Group)

Kennedy 表示,由于发光植物需要利用自然资源才能发光,因此建筑物需要提供阳光、水(包括水的收集和回收)以及滋养土壤的堆肥。而这个挑战与在现实公寓内种植大批植物相类似——如何让植物茁壮成长,将是在今后发展该技术的关键性因素。

如今,人们对照明的需求占了全球能源消耗近 20%,每年可产生 2 亿吨二氧化碳。而一旦发光植物得以大量生产,它可取代的将不仅是一盏台灯,而是数以千万计的碳足迹,是有效的可持续能源。

(来源:Strano Research Group)

未来,该团队将致力于研究向植物注射纳米粒子的新方法,使它们在植物的整个生命周期内发挥作用。此外,团队还将在树木等大型植物上进行更多实验。

团队指出,提供光明的植物需要健康生长,因此未来的绿色建筑需拥有能整合植物的新型内部生态系统,包括阳光、水和废料处理。这个概念可能会成为未来绿色建筑的理念核心。这样,人类将与植物产生更紧密的联系,就像早前历史那样。

最后,这项发明于 5 月 10 日在纽约库珀休伊特史密森尼博物馆内展出。在为期33周的“植物属性:未来城市发展”展览中,参观者将看到一个使用植物照明的纽约公寓建筑缩放模型,近距离观察植物如何向楼房提供照明。该模型还将向人们展示在未来能源有限的情况下,设计师将如何调整建筑结构,以支持最大限度的植物培育。

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