Направление "нанобионики" стремится наделить растения сверхспособностями
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) экспериментируют с наделением растений новыми функциями, помещая углеродные нанотрубки в их хлоропласты — органеллы, где происходит фотосинтез.
Ключевые достижения:
- Некоторые модифицированные растения увеличили свою фотосинтетическую активность на 30% по сравнению с обычными.
- Другие растения смогли обнаруживать следовые количества загрязнителей в воздухе, например, оксид азота (NO).
Новый метод доставки
Изначальные попытки доставить наночастицы через корни или погружение листьев в раствор провалились. Успешным оказался метод инфильтрации под давлением через устьица — поры на нижней стороне листьев. Чтобы направить нанотрубки непосредственно в хлоропласты (размером 5–10 микрон), команда разработала систему, заключающую частицы в высокозаряженный полимер, который притягивается к липидной оболочке хлоропласта.
Механизм и перспективы
- Повышение эффективности фотосинтеза: На изолированных хлоропластах (например, из шпината) активность возросла на 49%. Учёные предполагают, что нанотрубки могут делиться электронами с хлоропластами, позволяя им улавливать более широкий спектр света.
- Биосенсоры: Используя нанотрубки, меняющие флуоресценцию при контакте с NO, исследователи создали растения, сигнализирующие о присутствии загрязнителя.
- Будущее: В перспективе возможно создание растений-антенн с использованием магнитных наночастиц.
Контекст и оценка
Это направление, названное "нанобионикой", впервые объединяет нанотехнологии и биологию растений. Цель — использовать уникальные свойства растений (самовосстановление, улавливание солнечной энергии и CO2) для создания новых устройств. Как отметил Александр Стар, химик из Университета Питтсбурга, эта работа — важный шаг к рациональному проектированию растительных систем для более эффективного сбора солнечной энергии и биодетекции, выходящих за пределы естественной эволюции. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.