@ 2016.11.18 , 22:30

可监测爆炸物的仿生植物

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一种仿生植物可以及时监测到爆炸物,可以用在未来环境监测以及城市农业。

这种菠菜植物的叶子里有着碳纳米管形状的纳米超微粒,会发射出红外光,并且对硝基芳烃是否存在敏感,硝基芳烃是几种爆炸物的主要成分。

如果这种化学物质在地下水中,他们被根吸收,并运到树叶,纳米传感器会发出红外线。

然后一种类似智能手机的传感器会记录下红外线排放的变化,研究人员说到。在硝基苦味酸试验中,在10分钟内根部吸收这种化学物质就被检测出来,这项研究发布在自然材料杂志上。

研究人员表示,他们的纳米仿生手段比之前的遗传工程方法要快很多,后者主要依靠监测枯萎或杀青的变化,这些变化可能需要数小时或者数日,并且很难用电子手段监测。科学家同样使用了一种野生的菠菜而不是一种特殊的实验室培育的品种。研究人员表示他们自信地认为他们可以一系列环境适应性更强的其他植物品种来使用这套方法。

基因工程的方法非常强大,但实际上只有在极少数的植物上才可以做到这一点。我们可以在你后院随便找一种植物,然后很容易地就进行通过纳米仿生手段而不是基因技术来处理。麻省理工学院化学工程系教授Michael Strano说到。

植物的力量

Strano说到植物能够变成优秀的化学传感器,因为植物的根部错综复杂,并且他们有能力只利用一点点太阳能来吸取地下水,这个过程被称为蒸腾作用。通过蒸发叶子上的水分使得根部将水分吸收进去。

由于水分蒸发,化学物质和那些不容易蒸发的液体聚集在叶子里。这意味着植物可以检测到浓度非常低的化学物质。研究中使用的纳米传感器对一系列爆炸物很敏感,甚至可以检测到爆炸物降解后的化学成分。

为了搜集到远红外信号,研究小组用一个小的红外摄像机连接到一个35美元的树莓派(Raspberry Pi)迷你电脑上,Strano表示,如果一个手机的红外滤光片被移除的话,智能手机也可以胜任这项任务。

该系统的测试距离在3.3英尺(1米)左右,但是 Strano说到传感器还可以胜任更远的距离,这样还可以让一个传感器监视更多的植物。

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重要一步

印第安那大学从事纳米技术研究的一位化学教授Bogdan Dragnea说到,这项工作标志着我们可以更好地检测土壤污染。

一个潜在的问题是环保问题,这些植物传感器能造成的生物污染,不过这些问题估计可以逐步解决,Dragnea说到。

Strano说,他的团队希望增加传感器数量,这样这些仪器可以从空气和地下水中检测到一系列化学物质。他说他想要使用纳米技术使用非自然的方法检测并发出信号。

一颗植物可以检测它的生存环境,包括害虫侵害、干旱。Strano说到,他们是对自己的生理反应非常敏感,我们还希望超越目前这种方法,利用植物复杂的信号机制。

Strano与麻省理工学院研究生Min Hao Wong一起开了一家公司叫Plantea,计划对这些技术进行商业化。 Strano说他认为城市农业是一个有前途的市场,因为这些农场需要超高的效率来使得昂贵的土地得到充分利用,此外,植物的间距更近了,更容易监测。

瑞士苏黎世联邦理工大学的博士后学者 Raffaele Di Giacomo说,该方法可能会遇到一些校准和稳定性方面的困难,但系统的简单性和低成本可以应该弥补这一点。

他认为在不久的将来,我们将会在我们的家或办公室放置商用传感植物,将直接向我们的智能手机发送我们家或办公室的温度,湿度,氧气和污染物的数据。

本文译自 livescience ,由译者 west 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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