Spinach plants modified to detect explosives / Piante di spinaci modificate per rilevare esplosivi.
Engineers have turned spinach plants into sensors that can detect explosives and then transmit that information to a handheld device.
The development from a team at MIT is said to be one of the first demonstrations of engineering electronic systems into plants, an approach dubbed plant nanobionics.
“The goal of plant nanobionics is to introduce nanoparticles into the plant to give it non-native functions,” said Michael Strano, the Carbon P. Dubbs Professor of Chemical Engineering at MIT and the leader of the research team. Strano is the senior author of a paper describing the nanobionic plants in Nature Materials. The paper’s lead author is Min Hao Wong, an MIT graduate student who has started a company called Plantea to further develop this technology.
The plants were designed to detect nitroaromatics, which are often used in landmines and other explosives. When one of these chemicals is present in the groundwater sampled naturally by the plant, carbon nanotubes embedded in the plant leaves emit a fluorescent signal that can be read with an infrared camera. The camera can be attached to a small computer similar to a smartphone, which then sends an email to the user.
Strano’s lab has previously developed carbon nanotubes that can be used as sensors to detect a wide range of molecules, including hydrogen peroxide, TNT, and sarin. When the target molecule binds to a polymer wrapped around the nanotube, it alters the tube’s fluorescence.
In the new study, the researchers embedded sensors for nitroaromatic compounds into the leaves of spinach plants. Using a technique called vascular infusion, which involves applying a solution of nanoparticles to the underside of the leaf, they placed the sensors into a leaf layer known as the mesophyll, which is where most photosynthesis takes place. They also embedded carbon nanotubes that emit a constant fluorescent signal as a reference.
If there are any explosive molecules in the groundwater, it takes about 10 minutes for the plant to draw them up into the leaves, where they encounter the detector. To read the signal, the researchers shine a laser onto the leaf, prompting the nanotubes in the leaf to emit near-infrared fluorescent light. This can be detected with a small infrared camera connected to a Raspberry Pi. The signal could also be detected with a smartphone by removing the infrared filter that most camera phones have, the researchers said.
“This setup could be replaced by a cell phone and the right kind of camera,” Strano said. “It’s just the infrared filter that would stop you from using your cell phone.”
Using this setup, the researchers can pick up a signal from about one metre away from the plant, and they are now working on increasing that distance.
ITALIANO
Gli ingegneri hanno trasformato le piante di spinaci in sensori in grado di rilevare esplosivi e quindi trasmettere queste informazioni a un dispositivo palmare.
Lo sviluppo di un team al MIT si dice che sia una delle prime dimostrazioni di sistemi elettronici di ingegneria nelle piante, un approccio doppiato nanobionics-vegetali.
"L'obiettivo di nanobionics vegetali è quello di introdurre le nanoparticelle nella pianta per dargli funzioni non-native", ha detto Michael Strano, il Carbon P. Dubbs professore di ingegneria chimica al MIT e il leader del gruppo di ricerca. Strano è l'autore di un articolo che descrive le piante nanobionic in Nature Materials. autore principale del documento è Min Hao Wong, uno studente laureato del MIT che ha iniziato una società denominata Plantea per sviluppare ulteriormente questa tecnologia.
Gli impianti sono stati progettati per rilevare nitroaromatici, che sono spesso utilizzati nelle mine e altri esplosivi. Quando è presente nella falda campionata naturalmente una di queste sostanze chimiche, i nanotubi di carbonio incorporati nella pianta lasciano emettere un segnale fluorescente che può essere letto con una telecamera a infrarossi. La fotocamera può essere collegata a un piccolo computer simile a uno smartphone, che poi invia una e-mail all'utente.
Il laboratorio Strano ha già sviluppato nanotubi di carbonio che possono essere utilizzati come sensori per rilevare una vasta gamma di molecole, tra cui perossido di idrogeno, TNT e sarin. Quando la molecola bersaglio si lega ad un polimero avvolto intorno al nanotubo, altera la fluorescenza del tubo.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno incorporato sensori per i composti nitroaromatici nelle foglie delle piante di spinaci. Utilizzando una tecnica chiamata infusione vascolare, che comporta l'applicazione di una soluzione di nanoparticelle alla parte inferiore della foglia, sono collocati i sensori in uno strato della foglia nota come mesofillo, che è dove avviene la maggior parte la fotosintesi. Hanno anche incorporato nanotubi di carbonio che emettono un segnale fluorescente costante come riferimento.
Se ci sono molecole esplosive nelle acque sotterranee, ci vogliono circa 10 minuti perchè la pianta possa trasportarle nelle foglie, dove incontrano il rilevatore. Per leggere il segnale, i ricercatori hanno fatto brillare la luce di un laser sulla foglia, spingendo i nanotubi nella foglia a emettere luce fluorescente nel vicino infrarosso. Questo può essere rilevato con una piccola telecamera a infrarossi collegata ad un Raspberry Pi. Il segnale potrebbe essere rilevato anche con uno smartphone rimuovendo il filtro ad infrarossi che la maggior parte telefoni con fotocamera hanno, come i ricercatori hanno detto.
"Questa configurazione potrebbe essere sostituita da un telefono cellulare e il giusto tipo di macchina fotografica", ha detto Strano. "E 'solo il filtro a infrarossi che avrebbe impedito di utilizzare il telefono cellulare."
Usando questa configurazione, i ricercatori possono captare un segnale da circa un metro di distanza dalla pianta, e stanno ora lavorando per aumentare quella distanza.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/spinach-plants-modified-to-detect-explosives/?cmpid=tenews_2776104
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