美國科學家發現，奈米微粒能讓葉綠體(chloroplast)吸收波長範圍更寬的光，進而使植物擷取的太陽能量提升達30%。這項研究成果可望用來開發所謂的奈米植物仿生學(plant nanobionics)中，在此新領域中，奈米微粒不只可以用來增強一般植物的天然功能，還能打造光靠陽光及水就能生長及自我修復的人造植物系統。潛在的應用包括監控環境污染物的生化偵測器，甚至可能用來發展提高穀物產量的新技術。 這項研究是由Michael Strano領導的麻省理工學院(MIT)團隊所完成，證實了葉片中含有半導性碳奈米管的仿生植物能更有效地將太陽光能量轉換成電流。該團隊採用兩種技術來測量植物葉片及葉綠體中的電流：第一種方法靠測量某一色素的顏色變化，該色素會攔截植物葉綠體中的光電子；另一種方法是監控在葉片及萃取的葉綠體中，葉綠素螢光(chlorophyll fluorescence)的改變。葉綠體是植物細胞中的胞器，能透過葉綠素來擷取及儲存太陽輻射的能量。 MIT團隊表示，植物的葉綠素原本在綠光、紫外光及紅外光等太陽光波段吸收微弱，碳奈米管似乎能增強這些波段的吸收率，結果以奈米微粒處理過的植物葉片能產生多出30%的光電流。他們也發現奈管與含有氧化鈰(ceria)的聚合物奈米微粒結合後，可發揮「抗氧化劑」(antioxidant)的功能，大幅降低葉綠體中會造成破壞的氧自由基的數目，間接增強光合作用。 該團隊表示將進一步研究碳奈米管如何擷取並傳送光能給葉綠體中負責光合作用的裝置，以了解奈米微粒與葉綠體的組合是否能提高植物產生的化學燃料(如葡萄糖)。詳見Nature Materials 13, 400 (2014)。 |