Nanotechnologia

Ulepszone technologicznie rośliny mogą wykrywać bomby i broń chemiczną

Naukowcy pracują nad stworzeniem roślin wytwarzających więcej energii w procesie fotosyntezy, a także zdolnych do wykrywania zanieczyszczeń, a nawet materiałów wybuchowych. Dowiedziono, że ulepszone technologicznie rośliny mogą wykrywać bomby i broń chemiczną!

W trakcie prac nad najnowszym projektem naukowcy umieścili maleńkie struktury, znane jako nanorurki węglowe, w chloroplastach, zwiększając tym samym absorpcję światła o 30%. Stosując inne nanorurki węglowe naukowcom udało się zwiększyć czułość roślin na tlenek azotu, jeden ze związków powodujących zanieczyszczenie powietrza.

Według Michaela Strano, lidera zespołu prowadzącego badania opisane w magazynie Nature Materials, „rośliny są doskonałą bazą dla technologii”. Posiadają zdolność regeneracji, mają stabilny wpływ na środowisko, potrafią przetrwać w trudnych warunkach, mają własne źródło energii i opanowały dystrybucję wody. Strano wraz z kolegami jest pionierem nowej technologii, którą sam określa jako nanobionika roślin (plant nanobionics). Przedrostek nano określa wielkość materiału, rzędu wielkości jednej miliardowej metra, natomiast słowo „bioniczny” odnosi się do czerpania inspiracji z natury.

Rośliny o supermocach

Pierwotnie, naukowcy prowadzili prace nad stworzeniem samo-regenerujących się baterii słonecznych, opartych na komórkach roślin, które na drodze fotosyntezy mogłyby przekształcać światło w energię wiązań chemicznych, tworząc cukry lub inne związki. Proces zachodzi w chloroplastach, miniaturowych fabrykach energii znajdujących się w komórkach roślin.

Strano i jego zespół chcieli wyizolować chloroplasty i poprawić ich wydajność. Niestety, chloroplasty znajdujące się poza komórkami roślin obumierają w ciągu kilku godzin, ze względu na uszkodzenia spowodowane przez światło i tlen.

Chcąc uchronić chloroplasty przed uszkodzeniami, naukowcy wszczepili w nie nanocząsteczki antyoksydantów, które gromadzą rodniki tlenowe i inne wysoce reaktywne cząsteczki. By umożliwić transport nanocząsteczek do chloroplastu, naukowcy dołączyli do nich wysoce naładowane cząsteczki, które pozwoliły całemu ładunkowi przeniknąć przez grubą błonę chloroplastów. Dzięki temu, ilość cząsteczek powodujących uszkodzenie chloroplastów zmalała. Następnie, członkowie zespołu wszczepili w chloroplasty mikroskopijne węglowe nanorurki, do których dołączyli ujemnie naładowane DNA. Nanorurki zadziałały jak anteny, umożliwiając roślinom pobór większej ilości światła.

Szybkość procesu fotosyntezy w tak ulepszonych chloroplastach wzrosła o prawie 50% w stosunku do wyizolowanych chloroplastów, które nie zwierały nanorurek. Dodatkowo, chloroplasty zawierające zarówno cząsteczki antyoksydantów, jak i nanorurki węglowe, mogły funkcjonować poza komórkami roślin przez długi czas. Naukowcom udało się również poprawić wydajność procesu fotosyntezy w roślinach. Umieścili nanocząsteczki w małym kwitnącym rzodkiewniku pospolitym (Arabidopsis thaliana), w wyniku czego wydajność procesu fotosyntezy wzrosła o 30%. Jak dotąd nie udało się ustalić jaki jest wpływ tych zabiegów na produkcję cukrów.

Czujniki zanieczyszczenia

Strano i jego zespół odkryli sposób, by przekształcić rzodkiewnika pospolitego w czujnik chemiczny. W tym celu użyli nanorurek węglowych, które wykrywają tlenek azotu powstały w wyniku spalania.

Jak dotąd, naukowcom udało się stworzyć nanorurki węglowe pozwalające na wykrycie trotylu i sarinu, możliwe jest więc przekształcenie roślin w czujniki zdolne wykryć obecność tych toksyn nawet w niskich stężeniach. Nanobioniczne rośliny mogą również posłużyć do wykrywania obecności pestycydów, grzybic oraz toksyn bakteryjnych. Dodatkowo, Strano i jego zespół obecnie pracują nad wszczepieniem roślinom materiałów elektronicznych.