Şaşırtan Ispanak Bilim İnsanlarının Ispanak Deneyi

Ispanak artık sadece bir süper gıda değil: MIT mühendisleri, karbon nanotüplerle yaprak yerleştirerek ıspanak bitkilerini, patlayıcıları algılayabilen ve bu bilgiyi bir akıllı telefona benzer bir taşınabilir bir aygıta kablosuz olarak aktarabilen algılayıcılara dönüştürdü.
Bu, elektronik sistemlerin bitkilere mühendisliği konusundaki ilk göstergelerinden biri, araştırmacıların "bitki nanobiyonik" dediği bir yaklaşım.
MIT'deki Kimya Mühendisliği'nden Carbon P. Dubbs Profesörü olan Michael Strano ve araştırma ekibinin lideri Michael Santrano, "Bitki nanobiyoniklerinin amacı nanoparçacıkları bitki içine doğal olmayan işlevler vermek üzere sunmak" dedi.
Bu durumda bitkiler, kara mayınlarında ve diğer patlayıcılarda sıkça kullanılan nitroaromatikler olarak bilinen kimyasal bileşikleri tespit edecek şekilde tasarlandı. Bu kimyasallardan biri bitki tarafından doğal olarak örneklenen yer altı suyunda bulunursa, bitki yapraklarında gömülü olan karbon nanotüpleri kızıl ötesi bir kamera ile okunabilen bir floresan sinyali verir. Kamera, kullanıcıya bir e-posta gönderen bir akıllı telefona benzer küçük bir bilgisayara takılabilir.
Bitki gücünün kirleticiler ve kuraklık gibi çevresel koşullar konusunda uyarılması için kullanılabileceğine inanan Strano, "Bu, bitki / insan iletişim bariyerinin üstesinden nasıl geldiğimizin yeni bir göstergesidir" diyor Strano.
Strano, Nature Materials'ın 31 Ekim sayısında nanobiyonik bitkileri açıklayan bir makalenin yazarının kıdemli yazarıdır. Bu yazının başlıca yazarları Min Hao Wong, bu teknolojiyi daha da geliştirmesi için Plantea adlı bir şirketi başlatan MIT lisansüstü öğrencisi ve şu anda Riverside Kaliforniya Üniversitesi'nde asistan profesör olan eski MIT postdoc Juan Pablo Giraldo.

Çevresel izleme
İki yıl önce, bitki nanobiyolojisinin ilk gösterisinde Strano ve Giraldo, bitkilerin fotosentez yeteneğini arttırmak ve yanma sonucu ortaya çıkan kirletici nitrik oksit için sensör haline getirmek için nanopartikülleri kullandı.
Strano, bitkilerin çevrenin izlenmesi için ideal olduğunu, çünkü çevrelerinden çok fazla bilgi aldıklarını söylüyor.
"Bitkiler çok iyi analitik kimyagerler" diyor. "Toprakta geniş bir kök ağına sahipler, sürekli olarak yeraltı sularını örnek alıyorlar ve bu suyun yaprakların içine taşınması için kendine güvenmenin bir yolu var".
Strano'nun laboratuarı, daha önce, hidrojen peroksit, patlayıcı TNT ve sinir gazı sarkin gibi geniş bir molekül yelpazesini algılamak için sensörler olarak kullanılabilen karbon nanotüpleri geliştirdi. Hedef molekül, nanotüp etrafına sarılan bir polimerle bağlandığında, tüpün flüoresansını değiştirir.
Yeni çalışmada, araştırmacılar nitroaromatik bileşikler için sensörleri ıspanak bitkilerinin yapraklarına gömdü. Vasküler infüzyon denilen, nanoparçacıkların bir solüsyonunun yaprağın altına uygulanmasını içeren bir teknik kullanarak, sensörleri, çoğu fotosentezin gerçekleştiği yer olan mezofil olarak bilinen yaprak tabakasına yerleştirdi.
Referans görevi gören sabit bir flüoresan sinyali yayınlayan karbon nanotüpleri de gömülmüşlerdir. Bu, araştırmacıların, iki flüoresan sinyalini karşılaştırmalarına olanak tanımakta ve böylece patlayıcı sensörün herhangi bir şey tespit edip etmediğini belirlemeyi kolaylaştırmaktadır. Yeraltısuyunda patlayıcı moleküller varsa, bitkinin yaprakları yaparak detektörle karşılaştıkları yerde yaklaşık 10 dakika sürer.
Sinyali okumak için, araştırmacılar yaprağa bir lazer parlatarak yapraktaki nanotüplerin yakın kızıl ötesi floresan ışığı yaymalarını istiyorlar. Bu, bir akıllı telefon içindeki bilgisayara benzer, 35 dolarlık bir kredi kartı boyutundaki bilgisayarı olan Raspberry Pi'ye bağlı küçük bir kızılötesi kamera ile tespit edilebilir. Araştırmacılar, çoğu kamera telefonunun sahip olduğu kızılötesi filtreyi kaldırarak sinyalin bir akıllı telefon ile algılanabileceğini de belirtti.
Strano, "Bu kurulum yerini bir cep telefonu ve doğru kamera ile değiştirebilir" diyor. "Sadece cep telefonunuzu kullanmanızı engelleyecek kızılötesi filtre."
Bu ayarı kullanarak, araştırmacılar fabrikadan yaklaşık 1 metre uzaktaki bir sinyali alabilir ve şimdi bu mesafeyi artırmaya çalışmaktadırlar.
Minnesota Üniversitesi'nde makine mühendisliği birimi profesörü olan Michael McAlpine, bu yaklaşımın sadece sensörleri değil aynı zamanda radyo sinyalleri alabilecek veya renk değiştirebilecek diğer birçok biyonik bitki mühendisliğini büyük potansiyel taşıdığını söylüyor.
Araştırmaya dahil olmayan McAlpine, "Canlı bir organizmaya sızmış yapay materyalleri bulunduğunda, bitkilerin normalde yapmadığı şeyleri bitirebiliyor olabilirsiniz" diyor. "Bitkiler gibi canlı organizmaları elektronik malzemelerle kombine edilebilen biyomalzemeler olarak düşünmeye başladıysanız, hepsi mümkündür."

"Bir zengin bilgi"
2014 bitki nanobiyolojisi çalışmasında Strano'nun laboratuarı, Arabidopsis thaliana olarak bilinen ortak bir laboratuar bitkisi ile çalıştı. Bununla birlikte, araştırmacılar bu tekniğin çok yönlülüğünü göstermek için en son çalışmada ortak ıspanak bitkileri kullanmak istediler. Strano, "Bu teknikleri canlı bir bitkiyle uygulayabilirsiniz" dedi.
Araştırmacılar, şimdiye kadar, bitki kök gelişimini etkileyen dopamin tespit edebilen ıspanak bitkileri de ürettiler ve artık kimyasal deterjanlardan kendi dokularında bilgi aktarmak için kullandıkları izleri de içeren ilave sensörler üzerinde çalışıyorlar.
Strano "Bitkiler çevreye duyarlı" diyor. "Yaptıklarından çok önce bir kuraklık olacağını biliyorlar. Toprak ve su potansiyelinin özelliklerinde küçük değişiklikleri tespit edebilirler. Bu kimyasal sinyal yollarına girersek, erişilmesi gereken zengin bir bilgi var "dedi
Bu sensörler, bitkilerin iç işleyişleri hakkında daha fazla bilgi edinmek, bitki sağlığını izlemek ve kanser tedavisinde kullanılan ilaçları üreten Madagaskar periwinkle gibi bitkiler tarafından sentezlenen nadir bileşiklerin verimini en üst düzeye çıkarmak için botanikçilere yardımcı olabilir.
"Bu sensörler fabrikadan gerçek zamanlı bilgi verir. Tıpkı bitki bulundukları ortam hakkında bizimle konuşmalarını sağlamak gibi "diyor Wong. "Hassas tarım söz konusu olduğunda, bu tür bilgilere sahip olmak verim ve marjları doğrudan etkileyebilir."