Nanobionics har til formål at give planterne superkræfter

Planter er et teknisk vidunder af naturen. Brændt af sollys, de genbruger vores kuldioxidaffald til frisk ilt, så vi kan trække vejret. Plus, de gør verden smukkere. Men, med lidt hjælp fra os mennesker, kan de blive lokket til at gøre endnu mere?

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology har eksperimenteret med at give planter nye kræfter ved at placere små kulstofnanorør i deres kloroplaster - den lille motor i plantecellen, hvor fotosyntesen finder sted.

Efter megen prøvelse og fejl, deres indsats er lykkedes. Nogle af de ændrede planter produceret i deres laboratorium har øget deres fotosyntetiske aktivitet med 30 procent sammenlignet med almindelige planter. Andre var i stand til at opdage bittesmå spor af forurenende stoffer i luften.

Og det er kun begyndelsen.

"Ideen er at give planter funktioner, der ikke er hjemmehørende i dem, "sagde Michael Strano, en professor i kemiteknik, der havde tilsyn med eksperimenterne.

Med andre ord, han vil give planter superkræfter.

Stranos laboratorium er det første til at arbejde i forbindelse med plantebiologi og nanoteknologi - et nyt felt kaldet "nanobionik."

Fordi ingen nogensinde havde udforsket dette område før, holdet skulle starte helt i starten. Det betød at finde ud af, hvordan man i første omgang får nanorør ind i en plante.

I tidlige forsøg, de vandede planterne med en opløsning indeholdende nanopartikler, håber partiklerne ville blive optaget gennem rødderne. Men det virkede ikke. Det viser sig, at plantens rødder har en struktur, der blokerer nanorør for at komme ind i det vaskulære system.

Teamet forsøgte også at skære blade og steppe dem i nanopartikelopløsningen. Det virkede heller ikke.

Uforfærdet, Stranos hold vendte sig mod stomata, de små porer på undersiden af ​​blade, der slipper kuldioxid ind og ilt og vand ud. Forskerne fandt ud af, at hvis de lagde nanopartikelopløsningen i en sprøjte og ved højt tryk skød den mod stomata, nanorørene ville komme ind.

Den næste udfordring var at få nanorørene til deres påtænkte destination - de små kloroplaster, 5 til 10 mikron i længden, flyder inde i cellerne. At gøre dette, teamet opfandt et nyt system, der indpakker nanopartikler i en stærkt ladet polymer. Polymeren tiltrækkes især af lipidboblen, der omgiver hver chloroplast. Når nanorørene ramte boblen, de glider lige ind.

"Det er virkelig imponerende, hvor godt det fungerede, "sagde Juan Pablo Giraldo, en plantebiolog, der arbejder i Stranos laboratorium. Nanorørene "går lige derind og begynder at samle indeni."

Efter at leveringssystemet blev etableret, forskerne kunne spille. De brugte kloroplaster i levende planter såvel som kloroplaster ekstraheret fra planteblade, ofte spinat købt i supermarkedet.

Planter bruger kun 10 procent af det sollys, de har til rådighed. Alt grønt lys, for eksempel, afspejles af bladene. Men efter at have fodret nanorørene til levende planter, deres fotosyntetiske aktivitet steg med 30 procent. Teknikken fungerede endnu bedre på ekstraherede kloroplaster (den slags de fik fra spinat), får deres fotosyntetiske aktivitet til at stige med 49 procent.

MIT -forskerne er ikke sikre på, hvad nanorørene gjorde for at gøre fotosyntesen så meget mere effektiv. En mulig forklaring, de tilbød, er, at nanorør deler elektroner med kloroplaster, gør det muligt for kloroplasten at fange et bredere lysområde (inklusive grønt lys).

Forskere i Stranos laboratorium havde tidligere udviklet et carbon -nanorør, der reagerer på tilstedeværelsen af ​​nitrogenoxid ved drastisk at reducere dets fluorescens. Så teamet forberedte en løsning af disse nanorør og skød det ind i stomata.

Som de havde håbet, plantebladene glødede mindre under et infrarødt lys, når de blev udsat for nitrogenoxid. Imidlertid, signalet var meget subtilt, så buske, der overvåger luftkvaliteten, er stadig langt væk. Stadig, Strano og hans kolleger tror, ​​at ændrede planter en dag kan være opmærksom på forurenende stoffer, pesticider eller svampesygdomme i luften omkring os.

Og flere eksperimenter er på vej.

MIT -teamet arbejder på at skabe planter med endnu mere eksotiske funktioner. For eksempel, ved hjælp af magnetiske nanopartikler, det er muligt, at de kan gøre anlæg til kommunikationsantenner.

"Den vigtigste vision, vi har, er at bruge de unikke egenskaber, planter har - evnen til at genopbygge sig selv, fange solenergi for at drive sig selv eller fange kuldioxid - for at lave enheder, der har lignende egenskaber, sagde Giraldo, hovedforfatteren af ​​et papir om værket, der blev offentliggjort i denne måned i tidsskriftet Naturmaterialer .

Alexander Star, en kemiker ved University of Pittsburgh, der ikke var involveret i undersøgelsen, sagde forskningen fremmer vores forståelse af, hvordan nanomaterialer og levende organismer interagerer. Han bemærkede, at tidligere undersøgelser har vist, at nanopartikler kan være giftige for nogle økosystemer, men det syntes ikke at være et problem her.

I stedet, han sagde, forskerne syntes at være i stand til at optimere ydeevnen på nogle af plantens maskiner på en måde, naturen endnu ikke har gjort.

"Dette arbejde er et vigtigt skridt i retning af en rationel udformning af plantesystemer, der er i stand til mere effektiv høstning og bioføling af solenergi - ud over grænserne for naturlig udvikling, " han sagde.

© 2014 Los Angeles Times
Distribueret af MCT Information Services