利用绿色植物产生太阳能？探测炸弹或污染物？

材料牛注：对碳纳米管的科学研究已经持续多年了。麻省理工学院研发的一种新型生物纳米技术也许可以使植物用于太阳能发电，炸弹或污染传感器等。

人们一直设想使纳米仿生植物可以仿照植物细胞、叶绿体，走出实验室，用做自修复太阳能电池。在植物中，叶绿体具有自修复功能，而一旦将其从植物移除，就变的脆弱而易受伤。由EPA(Environmental Protection Agency)进行科研资助，麻省理工学院（MIT）的研究人员研究如何增强脱离植物的叶绿体光合作用的方法，发掘其在太阳能电池领域的潜在应用。MIT的此项研究不仅关注生物太阳能电池制备，同时也探索植物的新功能，譬如监测环境污染（N2O等）。

MIT的研究人员发明了一种方法，可以连续的集成、组装碳纳米管（CNTs）和氧清除纳米颗粒进入植物叶绿体中。叶绿体是植物细胞中可以进行光合作用的部分，即把光转换为能量。把碳纳米管加入叶绿体内可以使光合作用增强约30%~49%，而具体作用大小取决于叶绿体是否存在于活体植物中。其它的研究表明，在脱离植物的叶绿体中加入二氧化铈纳米粒子将显著减少超氧化物浓度，而超氧化物是一种对植物有毒的化合物。研究人员同样发现，增强光合作用后的植物可以用于检测N2O。

据EPA介绍，氮氧化物（N2O）约占全美国人类活动排放温室体的5%。氮氧化物在大气中出现属正常现象，但是农业种植、化石燃料燃烧，污水排放和工业加工等人类活动正在不断增加大气中的N2O含量。1磅N2O对大气变暖的作用约是1磅CO2的300倍。

“把植物作为科技平台是很吸引人的”，MIT研究团队负责人Michael Strano表示，“它们可以自修复，在室外具有环境稳定性，不惧怕严苛的环境，能量自给自足，自行分配水分”。

叶绿体可以吸收太阳光谱范围内的可见光，比正常光合租用吸收的光能少约10%。研究人员表示，“纳米生物方法”或许可以使可用于光合作用的太阳光谱宽度增加。这将有助于植物成长，产生能量，检测周围环境（如气体成分变化等）。

MIT的研究人员研究发现，包覆DNA和壳聚糖（来自虾和其他甲壳动物外壳的生物分子）的高电荷单壁碳纳米管可以自发渗透进入叶绿体中。研究人员将这一过程称为“脂交换膜渗透（lipid exchange envelope penetration，LEEP）”。通常，植物可以利用约10%的辐射到地球的太阳光。碳纳米管的作用就像人工天线一样，它使叶绿体可以捕获的波长范围拓宽，延伸至紫外光、绿光和近红外光。

一些观点认为利用这项技术可以使植物叶绿体用于太阳能发电。而需要克服的困难在于，叶绿体（尤其是脱离植物后）中的光和蛋白在光和氧的作用下发生损耗，致使叶绿体容易发生分解。而利用有效的氧自由基清除剂（譬如二氧化铈纳米粒子）与高电荷高分子（聚丙烯酸）相结合，同时采用LEEP提取叶绿体可以有效减少叶绿体损伤。

纳米生物技术将有助于光捕获和太阳能转换仿生材料的发展，也会对再生特性和效率提升的生物化学检测方面提供有益指导。

“目前，几乎很少有人涉足这一新领域”，MIT博士后，植物生物学家Juan Pablo Giraldo表示。他设想把植物变为“自供电系统”的光子器件，譬如爆炸物或化学武器的探测器。研究人员同样致力于集成电子设备到植物中。Strano表示，“这一领域前景十分广阔”。Giraldo认为这是植物生物学家和纳米化学工程技术研究人员一起开拓这一新领域的良好契机。也许不久的将来，家里的篱笆可以利用太阳能发电，植物检测到毒药、炸弹或污染时就能自动报警啦！

参考原文链接：Will Your Plants Produce Solar Power? Detect Bombs? Pollutants?

本文由编辑部丁菲菲提供素材，李玉飞编译，点我加入材料人编辑部。

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