麻省理工学院开发了可以检测爆炸物的纳米生物植物 2016-09-13 03:50:07

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通过将菠菜叶与碳纳米管嵌入,工程师将菠菜植物转化为传感器,可以检测爆炸物并将信息无线传递到类似于智能手机的手持设备菠菜不再仅仅是一种超级食物:通过嵌入碳纳米管叶片,麻省理工学院的工程师们已经改变了菠菜种植成可以检测爆炸物的传感器,并将这些信息无线传递到类似智能手机的手持设备这是工程电子系统植入工厂的首批示范之一,研究人员称之为“植物纳米生物学”的方法“植物的目标纳米生物学是将纳米粒子引入植物中,赋予其非天然功能,“麻省理工学院化学工程碳P Dubbs教授,研究团队负责人Michael Strano说

在这种情况下,植物被设计用于检测化合物被称为硝基芳烃,它常用于地雷和其他爆炸物中这些化学物质存在于植物自然采样的地下水中,嵌入植物叶子中的碳纳米管发出荧光信号,可以用红外线相机读取

相机可以连接到类似智能手机的小型计算机上,然后发送向用户发送的电子邮件“这是我们如何克服植物/人类沟通障碍的新颖演示”,斯特拉诺说,他认为植物能源也可以用来警告污染物和干旱等环境条件斯特拉诺是资深作者在10月31日出版的“自然材料”杂志上发表的一篇描述纳米生物植物的论文该论文的主要作者是麻省理工学院的研究生闵昊,他创立了一家名为Plantea的公司,以进一步发展这项技术,以及前麻省理工学院博士后的Juan Pablo Giraldo现任加州大学河滨分校环境监测助理教授两年前,在植物纳米比的第一次示范中onics,Strano和Giraldo使用纳米粒子来增强植物的光合作用能力,并将它们变成一氧化氮传感器,这是燃烧产生的污染物植物非常适合监测环境,因为它们已经从周围环境中获取了大量信息,斯特拉诺“植物是非常优秀的分析化学家”,他说:“他们在土壤中拥有广泛的根系网络,不断对地下水进行采样,并且有办法自动将水输送到树叶中”斯特拉诺的实验室以前开发出可用作传感器的碳纳米管,用于检测各种分子,包括过氧化氢,爆炸性TNT和神经毒气沙林当目标分子与包裹在纳米管周围的聚合物结合时,它会改变管的荧光

新研究中,研究人员将硝基芳香族化合物的传感器嵌入菠菜植物的叶子中使用一种称为血管输注的技术,这包括将纳米颗粒溶液施加到叶子的下面,他们将传感器放入称为叶肉的叶层,这是大多数光合作用发生的地方

它们还嵌入了碳纳米管,发出恒定的荧光信号,作为参考这使得研究人员可以比较两种荧光信号,从而更容易确定爆炸性传感器是否检测到任何东西

如果地下水中有任何爆炸性分子,植物需要大约10分钟将它们吸入叶子中

他们遇到了探测器为了读取信号,研究人员将激光照射到叶片上,促使叶片中的纳米管发出近红外荧光灯

这可以通过连接到Raspberry Pi的小型红外相机检测到,价值35美元 - 与智能手机内的计算机类似的卡大小的计算机通过移除大多数凸轮的红外滤波器,也可以通过智能手机检测信号研究人员说,“这种设置可以用手机和合适的相机替代,”斯特拉诺说:“只是红外线过滤器会阻止你使用你的手机”研究人员可以使用这种设置从距离工厂大约1米处接收信号,他们正在努力增加距离 明尼苏达大学机械工程副教授Michael McAlpine表示,这种方法不仅可以设计传感器,还可以设计许多可能接收无线电信号或改变颜色的其他种类的仿生植物“当你将人造材料渗透到生物有机体,你可以让植物做一些植物通常不做的事情,“麦卡尔平说,他没有参与研究”一旦你开始认为像植物这样的生物体可以与电子材料相结合,这个很可能“”丰富的信息“在2014年植物纳米生物学研究中,斯特拉诺的实验室与一种名为拟南芥的常见实验室植物合作

然而,研究人员希望使用常见的菠菜植物进行最新研究,以证明其多功能性技术“你可以将这些技术应用于任何活植物,”Strano说到目前为止,研究人员还设计了spi可以检测多巴胺影响植物根系生长的植物,他们正在研究其他传感器,包括跟踪化学工厂用于在自己组织内传递信息的化学物质“植物对环境非常敏感,”Strano说“他们知道我们之前很久就会发生干旱他们可以发现土壤和水的性质的微小变化如果我们利用这些化学信号通路,就有大量信息可以获取“这些传感器也可以帮助植物学家学习更多关于植物的内部运作,监测植物健康,并最大限度地提高由马达加斯加长春花等植物合成的稀有化合物的产量,该植物产生用于治疗癌症的药物“这些传感器提供来自植物的实时信息它几乎像让工厂与我们讨论他们所处的环境,“Wong说”在精准农业的情况下,可以直接获得这些信息影响产量和利润率“出版物:Min Hao Wong,et al,”来自使用植物纳米生物的野生型植物的硝基芳香族检测和红外通讯,“Nature Materials(2016)doi:101038 / nmat4771来源:Anne Trafton,麻省理工学院新闻