中興大學研究團隊解密卷柏矽晶體的特殊光學效應

你曾被芒草葉割傷嗎？令你受傷的利器正是植物體的矽晶體，中興大學的研究團隊在發現卷柏科植物的巨大葉綠體之後，進一步由物理系、前瞻理工研究中心和生命科學系組成跨領域團隊，發掘出這些植物葉表矽晶體具有超越傳統光學的效應。

    
興大生命科學系的許秋容教授表示，他們在卷柏類植物的葉表發現多種不同形式及大小的矽晶體。當這些向外突出的透明矽晶體就位在巨大葉綠體所在的表皮細胞上方時，會如何影響光線進入巨大葉綠體呢？研究團隊從植物採集、矽晶體觀察及特徵量測做起，結合幾何光學與物理光學的模擬和推導，歷時四年餘，這項新穎且領先的跨領域研究剛發表在7月的Journal of The Royal Society Interface (英國皇家學會Interface期刊)，主要研究者為物理系施明智老師、前瞻中心陳建宇博士、生命科學系碩士生謝佩君與Peter Chesson講座教授。

施明智教授表示，有研究指出水稻葉表矽晶體亦能發散光線，其效果在於更均勻地分散葉表入射光於其葉肉組織，但於葉表層細胞則毫無助益。中興大學這項卷柏矽晶體的光學效應研究，其獨一無二的新穎與開創性，源於卷柏的葉子相對地很薄，且位在表皮細胞的巨大葉綠體是其主要的光合作用區域。波長尺度的矽晶體突出與漏斗形表皮細胞，形成了表層增益的極佳光學物理系統。此矽晶體的光學效應在表皮細胞所形成的聚光點，巧妙地將一個細胞分割成光強度較高與較低的兩個的區域。

該研究團表示，這樣的分隔能與移動能力有限的巨大葉綠體互相配合：在低光時移動到高光區；而在遭遇短暫強光時，移動到低光區以免受強光傷害。這項研究將可對在低光環境下如何獲取光線有所啟發，未來或許可運用在太陽能相關的應用研發。