你眼里的垃圾，在另一个人看来可能是宝藏。这次讲的不是塑料瓶，而是尿液。科学家们正在研究如何将人类的尿液转化为“量子尿点”，一种微小的半导体纳米晶体。

量子点从1990年左右开始为人们所知。如果你将硅片不断地分成两半，一直持续这个过程直到它们变成由10万或者更多的原子组成的小点，那么恭喜你，量子点出现了。量子点实在太小了，一根针的顶端就可以放上数十亿的量子点。而且量子点越小越好，因为正是这些在小尺度范围内的量子效应，使得量子点拥有了超强的电子和光学性质。

当纳米晶体被光照射时，它们会发出光来。量子点的体积决定了它们会发射出何种颜色的光。点越大的时候，光越趋向于红色；当量子点的体积缩小，光波长会变短、能量变高。这一特点赋予了量子点“可调节性”。科学家们非常喜欢这一调节性，因为这意味着他们可以通过调节量子点的体积来改变它的发光频率。

学术期刊《绿色化学》即将发表的一篇论文中，详细介绍了回收尿液并转变为量子点的过程。这其实并不荒谬，文章的主要作者、密苏里大学哥伦比亚分校的加里·贝克（Gary Baker）表示，使用“升级循环”的尿液作为基础材料来制作东西已经成为绿色化学的主题。瑞典、芬兰和荷兰已经开始尝试回收尿液，尿液同时也是很棒的肥料。

尿素是其中的关键，因为它是碳的丰富来源。贝克表示：“尿素是人类尿液中最常见的有机物，同时也是制作碳的良好材料。”比起使用固体材料，使用液体可以省略许多复杂的处理步骤，也可以少用许多化学试剂或专用设备。

2011年的时候，埃罗·普洛斯（Ioannis Ieropoulos）和他在英国布里斯托机器人实验室的同事们，就通过回收尿液制造出了燃料电池，两年后他们成功运用这些电池为手机供电。普洛斯在一次采访中谈及加里·贝克此前研究的重要性：“没有必要寻找其他昂贵和复杂的元素来产生量子点，我们只需要尿液就够了。”而此前其他化学家都从面包、焦糖、玉米片、水果皮、啤酒、茶和咖啡渣中来分离量子点。

事实上，任何含有碳的物质都可以用来制造量子点，这也是贝克最初的灵感来源。他和他的研究生在探讨多种可能的碳元素材料，这位幽默的研究生将话题自然而然地转到了尿液，这也是量子“尿点”的由来。

 

回收尿液制造多彩“尿点”

科学家们早就知道可以通过硫和氮来为量子点表层“上色”，借此改变它们的电学和光学特性。但贝克和他的学生们惊奇地发现，尿点可以反映你所吃的东西。特定食物可以改变量子点的体积，进而改变其发光的颜色。

维生素C是特别常见的碳源，也容易通过人体尿液排出。许多人都知道吃芦笋极易改变尿液的气味，这主要是因为这一植物中含有硫。法国著名小说家马赛尔·普鲁斯特（Marcel Proust）曾在1913年说，芦笋“将我的夜壶变成了一瓶香水”，但许多人并不喜欢它的气味。

贝克的一位学生自告奋勇要作为研究对象，他吃下了整整一磅芦笋。为了下咽，这位可怜的孩子吃下了一小块黄油。如他们所愿，这的确利于产生掺杂硫的“尿点”，但并没有像他们所希望的能改变光学特性。（除此之外也有其他线索表明“尿点”可以反映尿液捐献者的健康状况，这需要更深入的研究）。

因为水溶性和化学惰性，量子点具有化学相容性，也正因此它成为了代替生物染料、标记生物传感器反应的绝佳物。这种标记会在有害毒素出现时发光，但是之前使用染料的降解速度太快，极大限制了其作用；而量子点不会降解得太快，它们还可以提供许多颜色方便测量。

这就是为什么贝克的团队通过老鼠细胞的生物图像来研究“尿点”（如上图），他同时希望尿点可以在监控水质方面发挥用途。量子点的其他应用前景包括：捕捉光线、催化、太阳能电池和LED，甚至是电视机的发光二极管。据报道，今年1月已经有量子点电视的样机问世。

贝克并不认为人们会在回收尿液不久后开始大规模地生产量子点，但他希望这类研究能帮助大众更好地进行能源和相关资源的管理工作。他表示：“只要你克服了难关，液体和固体废物的分离就不会像一开始那样那么具有挑战性了。”

 

（翻译：叶妍妍）

 

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