Ερευνητές από τη διεπιστημονική ερευνητική ομάδα Disruptive and Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) της Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), της ερευνητικής επιχείρησης του MIT στη Σιγκαπούρη, και οι τοπικοί τους συνεργάτες από το Temasek Life Sciences Laboratory (TLL) και το Nanyang Το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο (NTU), ανέπτυξαν τον πρώτο νανοαισθητήρα που επιτρέπει την ταχεία δοκιμή των συνθετικών φυτικών ορμονών αυξίνης. Οι νέοι νανοαισθητήρες είναι ασφαλέστεροι και λιγότερο κουραστικοί από τις υπάρχουσες τεχνικές για τον έλεγχο της ανταπόκρισης των φυτών σε ενώσεις όπως το ζιζανιοκτόνο, και μπορούν να μεταμορφώσουν τη βελτίωση της γεωργικής παραγωγής και την κατανόησή μας για την ανάπτυξη των φυτών.
Οι επιστήμονες σχεδίαζαν αισθητήρες για δύο φυτικές ορμόνες — 1-naphthalene acetic acid (NAA) και 2,4-διχλωροφαινοξυακετικό οξύ (2,4-D) — οι οποίοι χρησιμοποιούνται εκτενώς στη γεωργική βιομηχανία για τη ρύθμιση της ανάπτυξης των φυτών και ως ζιζανιοκτόνα, αντίστοιχα. Οι τρέχουσες μέθοδοι ανίχνευσης της NAA και 2,4-D προκαλούν ζημιές στα φυτά και δεν είναι σε θέση να παρέχουν παρακολούθηση in vivo σε πραγματικό χρόνο και πληροφορίες.
Με βάση την έννοια της μοριακής αναγνώρισης φάσης corona (CoPhMoRe) που πρωτοστάτησε το Strano Lab στο SMART DiSTAP και το MIT, οι νέοι αισθητήρες είναι σε θέση να ανιχνεύσουν την παρουσία NAA και 2,4-D σε ζωντανά φυτά με γρήγορους ρυθμούς, παρέχοντας πληροφορίες φυτών σε πραγματικό χρόνο, χωρίς να προκαλούν βλάβη. Η ομάδα έχει δοκιμάσει με επιτυχία και τους δύο αισθητήρες σε μια σειρά καθημερινών καλλιεργειών, συμπεριλαμβανομένων των pak choi, σπανάκι και ρύζι σε διάφορα μέσα φύτευσης όπως το έδαφος, η υδροπονία και η καλλιέργεια φυτικών ιστών.
Όπως εξηγείται σε μια εργασία με τίτλο «Nanosensor Detection of Synthetic Auxins In Planta using Corona Phase Molecular Recognition» που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ACS Sensors, η έρευνα μπορεί να διευκολύνει την αποτελεσματικότερη χρήση των συνθετικών auxins στη γεωργία και να έχει τεράστιες δυνατότητες για την προώθηση της φυτικής μελέτης βιολογίας.
«Η τεχνική μας CoPhMoRe είχε χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για την ανίχνευση ενώσεων όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου και σε ρύπους από βαρέα μέταλλα όπως το αρσενικό — αλλά αυτή είναι η πρώτη επιτυχημένη περίπτωση αισθητήρων CoPhMoRe που αναπτύχθηκαν για την ανίχνευση φυτοορμονών που ρυθμίζουν την ανάπτυξη και τη φυσιολογία των φυτών, όπως ψεκασμούς για την πρόληψη πρόωρη ανθοφορία και πτώση των καρπών», λέει ο επικεφαλής ερευνητής της DiSTAP Michael Strano, καθηγητής Χημικής Μηχανικής Carbon P. Dubbs στο MIT. «Αυτή η τεχνολογία μπορεί να αντικαταστήσει τις τρέχουσες μεθόδους ανίχνευσης αιχμής που είναι επίπονες, καταστροφικές και ανασφαλείς».
Από τους δύο αισθητήρες που αναπτύχθηκαν από την ερευνητική ομάδα, ο νανοαισθητήρας 2,4-D έδειξε επίσης την ικανότητα ανίχνευσης ευαισθησίας στα ζιζανιοκτόνα, επιτρέποντας στους αγρότες και τους επιστήμονες της γεωργίας να ανακαλύψουν γρήγορα πόσο ευάλωτα ή ανθεκτικά είναι τα διαφορετικά φυτά στα ζιζανιοκτόνα χωρίς την ανάγκη παρακολούθησης της καλλιέργειας. ή ανάπτυξη ζιζανίων σε διάστημα ημερών. “Αυτό θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά επωφελές για την αποκάλυψη του μηχανισμού πίσω από το πώς λειτουργεί το 2,4-D εντός των φυτών και γιατί οι καλλιέργειες αναπτύσσουν αντοχή στα ζιζανιοκτόνο”, λέει ο κύριος ερευνητής της DiSTAP και του TLL, Rajani Sarojam.
«Η έρευνά μας μπορεί να βοηθήσει τη βιομηχανία να αποκτήσει μια καλύτερη κατανόηση της δυναμικής ανάπτυξης των φυτών και έχει τη δυνατότητα να αλλάξει εντελώς τον τρόπο με τον οποίο η βιομηχανία εξετάζει την αντοχή στα ζιζανιοκτόνο, εξαλείφοντας την ανάγκη παρακολούθησης της ανάπτυξης των καλλιεργειών ή των ζιζανίων κατά τη διάρκεια των ημερών», λέει ο Mervin Chun-Yi Ang, ερευνητής στο DiSTAP. “Μπορεί να εφαρμοστεί σε διάφορα φυτικά είδη και μέσα φύτευσης, και θα μπορούσε εύκολα να χρησιμοποιηθεί σε εμπορικές εγκαταστάσεις για γρήγορο έλεγχο ευαισθησίας ζιζανιοκτόνων, όπως αστικές εκμεταλλεύσεις”.
Η καθηγήτρια του NTU Mary Chan-Park Bee Eng λέει: «Η χρήση νανοαισθητήρων για την ανίχνευση φυτών εξαλείφει την ανάγκη για εκτεταμένες διαδικασίες εξαγωγής και καθαρισμού, γεγονός που εξοικονομεί χρόνο και χρήμα. Χρησιμοποιούν επίσης ηλεκτρονικά πολύ χαμηλού κόστους, γεγονός που τα καθιστά εύκολα προσαρμόσιμα για εμπορικές ρυθμίσεις.»
Η ομάδα αναφέρει ότι η έρευνά τους μπορεί να οδηγήσει σε μελλοντική ανάπτυξη νανοαισθητήρων σε πραγματικό χρόνο για άλλες δυναμικές φυτικές ορμόνες και μεταβολίτες και σε ζωντανά φυτά.
Η ανάπτυξη του νανοαισθητήρα, του συστήματος οπτικής ανίχνευσης και των αλγορίθμων επεξεργασίας εικόνας για τη μελέτη αυτή έγινε από την SMART, την NTU και το MIT, ενώ η TLL επικύρωσε τους νανοαισθητήρες και παρείχε γνώση της βιολογίας των φυτών και των μηχανισμών σηματοδότησης των φυτών. Η έρευνα διεξάγεται από την SMART και υποστηρίζεται από το NRF στο πλαίσιο του προγράμματος Campus for Research Excellence and Technological Enterprise (CREATE).
Το DiSTAP είναι ένας από τους πέντε διεπιστημονικούς ερευνητικούς ομίλους στο SMART. Το πρόγραμμα DiSTAP αντιμετωπίζει βαθιά προβλήματα στην παραγωγή τροφίμων στη Σιγκαπούρη και στον κόσμο αναπτύσσοντας μια σειρά από εντυπωσιακές και νέες αναλυτικές, γενετικές και βιοσυνθετικές τεχνολογίες. Ο στόχος είναι να αλλάξει ριζικά ο τρόπος με τον οποίο ανακαλύπτονται, παρακολουθούνται, κατασκευάζονται και τελικά μεταφράζονται τα βιοσυνθετικά μονοπάτια των φυτών για να καλύψουν την παγκόσμια ζήτηση για τρόφιμα και θρεπτικά συστατικά.
Επιστήμονες από το MIT, το TTL, το NTU και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης (NUS) αναπτύσσουν από κοινού νέα εργαλεία για τη συνεχή μέτρηση σημαντικών φυτικών μεταβολιτών και ορμονών για νέα ανακάλυψη, βαθύτερη κατανόηση και έλεγχο των φυτικών βιοσυνθετικών οδών με τρόπους που δεν είναι ακόμη δυνατοί, ειδικά στο πλαίσιο των πράσινων φυλλωδών λαχανικών. Η αξιοποίηση αυτών των νέων τεχνικών για την παραγωγή φυτών με ιδιαίτερα επιθυμητές ιδιότητες για την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής υψηλής πυκνότητας απόδοσης, της ξηρασίας και της αντοχής των παθογόνων παραγόντων και της βιοσύνθεσης εμπορικών προϊόντων υψηλής αξίας.
Πηγή: NanotechnologyWorld
Ακολουθήστε το Cibum 
