Dùng cây để phát hiện ô nhiễm trong đất

Bằng cách gắn ống nano carbon vào lá cây cải bó xôi, các kĩ sư của MIT đã biến những cây này thành những cảm biến có thể phát hiện chất nổ và truyền thông tin đến thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh.

“Qua việc cấy hạt nano vào cây, mục tiêu của chúng tôi là biến cây thông thường thành cây điện tử sinh học nano với những chức năng mới”, theo GS Michael Strano, Khoa Kỹ thuật hóa học tại MIT và là người đứng đầu nhóm nghiên cứu. Trong trường hợp này, cây được thiết kế để phát hiện hợp chất hóa học nitroaromatic, thường được sử dụng để chế mìn và các loại chất nổ khác. Khi cây hút phải nước ngầm có chứa nitroaromatic, những ống nano carbon được gắn trên lá sẽ phát ra tín hiệu huỳnh quang. Camera hồng ngoại gắn trên một máy tính nhỏ giống như điện thoại thông minh có khả năng đọc tín hiệu huỳnh quang và gửi dữ liệu qua e-mail đến người dùng. Hiện tại thiết bị chỉ thu được tín hiệu ở khoảng cách 1m và các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tăng khoảng cách này lên. Theo họ, thiết bị này cũng có thể được thay thế bằng những chiếc điện thoại di động với loại camera phù hợp, chẳng hạn như loại có gắn bộ lọc hồng ngoại.

Dữ liệu dồi dào

GS Strano cho biết, “Thực vật là những nhà hóa học phân tích rất giỏi. Chúng có một mạng lưới rễ sâu rộng trong lòng đất, liên tục lấy mẫu nước ngầm và đưa lên lá”, nếu hiểu được những tín hiệu hóa học này thì chúng ta sẽ có một lượng thông tin rất dồi dào về những thay đổi trong các thuộc tính của đất và nước để cảnh báo về những chất ô nhiễm và tình trạng môi trường như hạn hán.

Cách đây hai năm, GS Strano đã cùng đồng nghiệp sử dụng hạt nano để tăng khả năng quang hợp ở cây, biến cây thành cảm biến có khả năng phát hiện nitric oxide, một chất gây ô nhiễm do quá trình đốt cháy gây ra. Tiếp đó, phòng thí nghiệm của ông phát triển các ống nano carbon có chức năng như những cảm biến có khả năng phát hiện một loạt các phân tử, bao gồm hydrogen peroxide, chất nổ TNT, và khí độc sarin. Khi các phân tử này bám vào màng polymer bao quanh ống nano carbon, huỳnh quang của ống sẽ bị thay đổi.
Trước đây, phòng thí nghiệm của GS Strano sử dụng loài sinh vật mô hình Arabidopsis thaliana trong các thí nghiệm. Bằng việc chuyển đối tượng thí nghiệm sang cây cải bó xôi, các nhà nghiên cứu muốn chứng minh rằng, kỹ thuật này có thể áp dụng với bất kỳ loại thực vật nào.

Các nhà nghiên cứu dùng kĩ thuật truyền mạch để đưa hạt nano vào lớp tế bào diệp nhục (thịt lá), nơi diễn ra phần lớn quá trình quang hợp. Đồng thời họ cũng gắn vào lá các ống nano carbon liên tục phát ra tín hiệu huỳnh quang như một nguồn tham chiếu. Qua so sánh hai nguồn tín hiệu huỳnh quang, các nhà nghiên cứu sẽ dễ dàng hơn trong việc nhận biết các cảm biến có phát hiện gì không. Nếu có bất kì phân tử chất nổ nào trong nước ngầm, sẽ chỉ mất khoảng 10 phút để cây hút nó lên lá, nơi các cảm biến đã chờ sẵn. Nhờ vậy việc phát hiện nhanh hơn rất nhiều so với những phương pháp trước kia vốn chỉ dựa vào việc kiểm soát những thay đổi như lá héo hay úa vàng, tốn nhiều giờ hoặc nhiều ngày.

Theo nhóm nghiên cứu, trong thời đại của nông nghiệp chính xác, những thông tin như vậy có thể ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và lợi nhuận của người nông dân.

Nguồn:
http://www.livescience.com/56698-bomb-sniffing-bionic-plants-detect-pollution.html
http://news.mit.edu/2016/nanobionic-spinach-plants-detect-explosives-1031