記者蕭宇廷／臺中報導

　你曾被芒草葉割傷嗎？使你受傷的利器正是植物體的矽晶體，其由二氧化矽累積而成，與玻璃的成分相同。中興大學研究團隊在發現卷柏科植物的巨大葉綠體後，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，發掘出卷柏科植物葉表矽晶體具有超越傳統光學的效應，研究登上英國期刊。

　興大生命科學系教授許秋容表示，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。當這些位在巨大葉綠體所在表皮細胞上方的透明矽晶體向外突出時，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4年餘，這項新穎且領先的跨領域研究發表在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老師施明智、前瞻中心陳建宇博士、生命科學系碩士生謝佩君與講座教授Peter Chesson。

　研究發現不論何種形態及大小的矽晶體，都會使通過的光線重新分布，矽晶體的大小扮演特殊的關鍵角色。當矽晶體夠小時，其形狀影響其光學特性有趨同現象；因為當矽晶體的尺寸接近可見光的波長時 （400~700 nm），物理光學特性成為主導，意即出現顯著的干涉與繞射現象。反之，當矽晶體較大時，光入射後受到幾何光學的影響較大（如反射與折射），矽晶體的形狀則顯著影響光的分布。

　以全緣卷柏乳突狀的矽晶體模擬，結果顯示入射光會匯聚在矽晶體底部下方約0.5微米處，並形成光場強度達約入射光的25倍的光點，恰好是巨大葉綠體 （二區葉綠體） 的上部區域；而異葉卷柏與紅卷柏雖為角錐形矽晶體，模擬顯示也具有匯聚光線的效果 。數據指出，聚光效應源自於繞射的結果，故光強度受限於繞射條件限制、仍達到入射光的4倍，因其聚光的位置皆局限於單一表皮細胞內部，此聚/散光皆有利於為巨大葉綠體所利用。

　施明智指出，有研究顯示，水稻葉表矽晶體也能發散光線，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。興大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。而該矽晶體的光學效應在表皮細胞所形成的聚光點，巧妙地把一個細胞分割成光強度較高與較低的兩個的區域。

　研究團隊表示，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。