Nanomaterialer giver planter superevner

Science-fiction-forfattere har længe forestillet sig hybrider mellem mennesker og maskiner, der har ekstraordinære kræfter. Imidlertid, "superplanter" med integrerede nanomaterialer kan være meget tættere på virkeligheden end cyborgs. I dag, forskere rapporterer udviklingen af ​​planter, der kan lave nanomaterialer kaldet metal-organiske rammer (MOF'er) og anvendelse af MOF'er som belægninger på planter. De udvidede anlæg kan potentielt udføre nyttige nye funktioner, såsom at registrere kemikalier eller høste lys mere effektivt.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på American Chemical Society (ACS) National Meeting &Exposition foråret 2019.

Ifølge projektets ledende forsker, Joseph Richardson, Ph.D., mennesker har introduceret fremmede materialer til planter i tusinder af år. "Et eksempel på dette er blomsterfarvning, " siger han. "Du ville nedsænke en afskårne blomsterstængel i noget farvestof, og farvestoffet ville blive optaget gennem stilken og trænge ind i blomsterbladene, og så vil du se disse smukke farver."

På grund af deres omfattende vaskulære netværk, planter absorberer let vand og molekyler opløst i væsker. Imidlertid, det er sværere for større materialer og nanopartikler såsom MOF'er at trænge ind i rødderne. Så Richardson og kolleger ved University of Melbourne (Australien) spekulerede på, om de kunne fodre planter med MOF-prækursorer, som planterne ville optage og derefter omdanne til færdige nanomaterialer.

MOF'er - som består af metalioner eller klynger forbundet med organiske molekyler - danner meget porøse krystaller, der kan opsuge, lagre og frigive andre molekyler, meget som en svamp. Kemikere har lavet tusindvis af forskellige MOF'er indtil videre, med potentielle anvendelser lige fra lagring af brintbrændstof til absorbering af drivhusgasser til levering af medicin i kroppen. At lade planter lave små mængder af disse nyttige forbindelser i deres eget væv kan give dem nye evner, som ikke ses i naturen.

For at se, om planter kunne lave MOF'er, Richardson og kolleger tilføjede metalsalte og organiske linkere til vand og placerede derefter stiklinger eller intakte planter i opløsningen. Planterne transporterede prækursorerne ind i deres væv, hvor to forskellige typer fluorescerende MOF-krystaller voksede. I et proof-of-concept eksperiment, MOF-producerende afklip af lotusplanter påviste små koncentrationer af acetone i vand, som vist ved et fald i materialernes fluorescens. Baseret på disse resultater, Richardson planlægger at undersøge, om plante-MOF-hybrider kunne mærke sprængstoffer eller andre flygtige kemikalier, hvilket kunne være nyttigt for lufthavnssikkerheden.

Ud over at planterne laver MOF'er, de færdige materialer kunne bruges som belægning på planterne for at hjælpe dem med at omdanne skadelige ultraviolette (UV) stråler til lys, der er mere nyttigt til fotosyntese. "Når vi overvejer at dyrke afgrøder i rummet eller på Mars, hvor du ikke har en atmosfære og bliver bombarderet af UV-stråler, noget som dette kunne være nyttigt, " siger Richardson. "Det er fordi det ikke kun beskytter planterne mod UV-stråler, men det gør dem også til nyttig energi. Især når du kommer længere væk fra solen, det er sværere at fange alt det lys, du har brug for til fotosyntese."

Forskerne er allerede begyndt at undersøge nanomaterialernes beskyttende evner, og de foreløbige data er lovende. Holdet coatede udklip af krysantemum og lilyturf med selvlysende MOF'er og udsatte derefter planterne for UVC-lys i tre timer. Sammenlignet med ubelagt afklip, planterne med MOF'er viste mindre visnen og blegning.

Nu, Richardson går sammen med plantebiologer for at studere virkningerne af MOF'er på plantevækst. Indtil nu, de har ikke bemærket nogen toksicitet af nanomaterialerne. Forskerne ønsker også at undersøge, om MOF'er faktisk kunne hjælpe planter med at vokse bedre, som kan føre til anvendelser i landbruget.