Преимущества обыкновенного шпината – не только в его питательных веществах, но и в необыкновенных способностях: растение может функционировать в качестве датчика. Внезапно.
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) использовали углеродные нанотрубки, чтобы "подарить" шпинату возможность обнаруживать взрывоопасные вещества и передавать полученные данные по беспроводному каналу связи прямо на портативные устройства.
Инженеры MIT смогли внедрить углеродные нанотрубки (крошечные цилиндры из углерода) в листья шпината с помощью техники сосудистой инфузии. Они нанесли особый раствор наночастиц на обратную сторону листьев шпината, и он попал прямо в мезофилл (мягкую ткань, заключенную между двумя слоями эпидермиса в листьях растений). Напомним, что именно там и происходит фотосинтез.
Именно эти внедрённые в листья нанотрубки и выступают в качестве датчиков, способных обнаружить нитроароматические соединения в почвенных водах, которыми питаются корни растений. Попутно поясним, что нитроароматические соединения зачастую используются в производстве взрывчатых веществ – например, мин и других боеприпасов.
Если химические вещества присутствуют в воде, которой питаются растения, то углеродные нанотрубки в листьях начинают испускать флуоресцентный сигнал. Последний может быть "пойман" инфракрасной камерой, когда лазер светит на листья. Камера присоединяется к маленькому компьютеру, похожему на смартфон, который затем отправляет сообщение пользователю.
В ходе эксперимента учёные подключили такую камеру к недорогой системе RaspberryPi (одноплатному компьютеру размером с банковскую карту), и при обнаружении соединений ими было получено оповещение.
Сигнал также может быть обнаружен с помощью смартфона с камерой, если удалить инфракрасный фильтр.
По словам исследователей, процесс перехода молекул взрывоопасных веществ от корней растений к листьям может занимать около десяти минут. То есть именно столько нужно шпинату, чтобы "почувствовать", что рядом с ним есть взрывоопасное вещество.
Ранее исследователи MIT уже предлагали подобные идеи по обнаружению бомбы, основываясь на углеродных нанотрубках и даже пчелином яде. Но растения обладают особыми преимуществами, уверены учёные.
"Растения хорошо анализируют химические вещества. Они обладают разветвлённой корневой сетью в почве, они также постоянно пользуются почвенными водами, и у них есть собственный путь транспортировки воды от корней прямо к листьям", — говорит ведущий автор исследования Майкл Страно (Michael Strano).
Пока что система позволяет учёным считывать сигнал от растений на расстоянии примерно одного метра, однако дальнейшая работа поможет увеличить дистанцию в несколько раз.
"Растения могут быть использованы для мониторинга грунтовых вод на предмет захороненных боеприпасов или отходов, содержащих опасные соединения", — считает учёный.
Для проверки системы уже есть интересное предложение: посадить семена шпината на территории, которая предположительно содержит противопехотные мины. Биологические детекторы бомбы смогли бы впоследствии обнаружить взрывоопасные вещества.
По словам Страно, растения невероятно чутко реагируют на окружающую среду.
"Они знают, что будет засуха, задолго до того, как об этом узнает человек. Также они способны обнаруживать небольшие изменения в свойствах почвы и воде. Если мы будем использовать эти химические сигнальные пути, то сможем получить огромное количество информации", — считает он.
Исследование опубликовано в научном издании Nature Materials.
