Переваги звичайного шпинату — не тільки в його поживних речовинах, але і в незвичайних здібностях: рослина може функціонувати в якості датчика. Раптово.
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (МТІ) використовували вуглецеві нанотрубки, щоб «подарувати» шпинату можливість виявляти вибухонебезпечні речовини і передавати отримані дані по бездротовому каналу зв’язку прямо на портативні пристрої.
Інженери з массачусетського технологічного ІНСТИТУТУ змогли впровадити вуглецеві нанотрубки (крихітні циліндри з вуглецю) листя шпинату з допомогою техніки судинної інфузії. Вони завдали особливий розчин наночастинок на зворотну сторону листя шпинату, і він потрапив прямо в мезофилл (м’яку тканину, укладену між двома шарами епідермісу в листках рослин). Нагадаємо, що саме там і відбувається фотосинтез.
Саме ці впроваджені в листя нанотрубки і виступають в якості датчиків, здатних виявити нітроароматичні з’єднання в грунтових водах, якими живляться корені рослин. Попутно пояснимо, що нітроароматичні з’єднання найчастіше використовуються у виробництві вибухових речовин — наприклад, мін та інших боєприпасів.
Якщо хімічні речовини присутні у воді, якою харчуються рослини, то вуглецеві нанотрубки в листі починають випускати флуоресцентний сигнал. Останній може бути «схоплений» інфрачервоною камерою, коли лазер світить на листя. Камера приєднується до маленького комп’ютера, схожому на смартфон, який потім відправляє повідомлення користувачеві.
В ході експерименту вчені підключили таку камеру до недорогий системі RaspberryPi (одноплатному комп’ютера розміром з банківську карту), і при виявленні сполук ними було отримано повідомлення.
Сигнал також може бути виявлений за допомогою смартфона з камерою, якщо видалити інфрачервоний фільтр.
За словами дослідників, процес переходу молекул вибухонебезпечних речовин від коренів рослин до листя може займати близько десяти хвилин. Тобто саме стільки потрібно шпинату, щоб «відчути», що поруч з ним є вибухонебезпечну речовину.
Раніше дослідники МІТ вже пропонували подібні ідеї щодо виявлення бомби, грунтуючись на вуглецевих нанотрубках і навіть бджолину отруту. Але рослини володіють особливими перевагами, впевнені вчені.
«Рослини добре аналізують хімічні речовини. Вони володіють розгалуженою кореневою мережею в ґрунті, вони також постійно користуються ґрунтовими водами, і у них є власний шлях транспортування води від коренів до листя», — говорить провідний автор дослідження Майкл Страно (Michael Strano).
Поки що система дозволяє вченим зчитувати сигнал від рослин на відстані приблизно одного метра, однак подальша робота допоможе збільшити дистанцію в кілька разів.
«Рослини можуть бути використані для моніторингу ґрунтових вод на предмет похованих боєприпасів або відходів, що містять небезпечні сполуки», — вважає вчений.
Для перевірки системи вже є цікава пропозиція: посадити насіння шпинату на території, яка, ймовірно, містить протипіхотні міни. Біологічні детектори бомби змогли б згодом виявити вибухонебезпечні речовини.
За словами Страно, рослини неймовірно чуйно реагують на навколишнє середовище.
«Вони знають, що буде посуха, задовго до того, як про це дізнається людина. Також вони здатні виявляти невеликі зміни у властивостях ґрунту і води. Якщо ми будемо використовувати ці хімічні сигнальні шляхи, то зможемо отримати величезну кількість інформації», — вважає він.
Дослідження опубліковане в науковому виданні Nature Materials.
