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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)

電子工程師 ? 來源:YXQ ? 2019-05-17 15:59 ? 次閱讀
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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)還會產(chǎn)生一種會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,會迅速變暗。因此,研究人員近日想出了一個新辦法:光電容粒子。

這種光電容粒子會以納米粒子的形式存于植物中,能有效儲存所產(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)時間也從較短的數(shù)小時延長到了數(shù)天甚至數(shù)周。

(來源:KVA Matx and Strano Research Group)

Strano很快意識到,他們不能把發(fā)光植物視為一個新型“燈泡”,而是要把整個概念作為可持續(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,使它們在植物的整個生命周期內(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。這個概念可能會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。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:MIT研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明可發(fā)光植物,讓綠色建筑名副其實(shí)

文章出處:【微信號:deeptechchina,微信公眾號:deeptechchina】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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