Високотехнологічні заводи заміщують електронні датчики

У новому дослідженні дослідники імплантували крихітні конструкції, які називаються «вуглецевими нанотрубками» в енергозберігаючі рослини, підвищуючи їх здатність захопити світло на 30 відсотків. За допомогою інших подібних структур дослідники давали чутливість рослин до оксиду азоту, речовина, яка забруднює атмосферу.

«Планти можуть бути використані дуже ефективно, як технологічна платформа», – розповідає автор Михайло Страно, хімік Інституту технології Массачусетса. Вони відновлюють самостійно, демонструють екологічну стійкість, виживають в суворих умовах, а також мають власний механізм розподілу енергії і води.

Страно і його колеги досліджують нове наукове поле з назвою рослинна нанобіоніка. «Нано» відноситься до масштабу матеріалів на замовлення одного мільярда метрів, а концепція «біоніка» відноситься до використання природи як засобу для надихання інженерів.
Рослини з суперсилами
Спочатку дослідники працювали для створення самозбиральних сонячних батарей на основі рослинних клітин. Вони здатні перетворити світло в хімічну енергію у вигляді цукрів та інших сполук в процесі, відомих як фотосинтез. Він використовує хлоропласти, крихітні станції живлення всередині рослинних клітин.
Вчені планують ізолювати хлоропласти з рослин і зробити їх більш ефективними. Але в разі такої сепарації вони починають розпадати через кілька годин через пошкодження світла і кисню.
Щоб захистити хлоропласти від пошкоджень, дослідники розміщують крихітні частинки антиоксидантів, або наночастинок, в них, які збирають кисневі радикали та інші високоактивні молекули. Для забезпечення наночастинок дослідники загортають їх в насичену молекулу, що дозволяє їм проникнути на хлоропластову жирову мембрану. В результаті дії наночастинок зменшено кількість пошкоджених молекул.
Дослідники, потім загортають крихітні циліндри, які називають «вуглецевими нанотрубками» негативно зарядженої ДНК і поміщають їх в хлоропласти. Нанотрубки працювали як штучні антени, що дозволяють рослини захоплювати більше світла, ніж звичайні.

Рівень фотосинтезу активності хлоропластів з нанотрубками майже 50 разів вище, ніж у ізольованих органелінах. Коли вчені розміщують як антиоксидантні частинки, так і вуглецеві нанотрубки в них, клітини продовжують функціонувати успішно і тривалий час поза рослинами.
Вчені також покращили енергоефективність живих рослин. Наночастинки в невеликий квітучий завод назвав арабідопсис, викликаючи рівні фотосинтезу, щоб піднятися на 30 відсотків. Однак ефект цього механізму на цукровому виробництві залишається таємницею.
Датчики забруднення
Страно і його колеги знайшли спосіб перетворити арабідопсову рослину в хімічний датчик забруднення. Вони використовували вуглецеві нанотрубки для виявлення забруднювального азоту, виробленого згорянням.
Вчені раніше розробили вуглецеві нанотрубки, які виявляють вибухові речовини TNT і сарин нервового газу, і на основі цих досягнень вони можуть перетворювати рослини в датчики, які виявляють наявність цих токсичних речовин у низьких концентраціях. Нанобіонічні рослини також можуть використовуватися для відстеження наявності пестицидів, грибкових інфекцій, або токсинів бактеріального походження. Крім того, група дослідників наразі працює над впровадженням електронних матеріалів в рослини.

Джерело: facepla.net