解决工厂用新颖的纳米传感器压力挑战

破坏性和可持续农业技术研究人员精确(DiSTAP)跨学科研究集团(IRG)会研究和技术联盟(聪明),麻省理工学院的研究企业及其合作者在新加坡淡马锡生命科学实验室(TLL)首次开发了纳米传感器可以探测和区分赤霉素(气),一个类植物激素的重要增长。

小说非破坏性的纳米传感器,不同于传统的收集方法,已经成功地在植物进行测试。应用领域的早期工厂压力监测,传感器可能对农业和植物生物技术变革,给农民感兴趣的高科技精密农业和作物管理一个有价值的工具来优化收益。研究人员设计了近红外(NIR)荧光碳纳米管传感器,能够探测和区分两种植物激素,GA3和GA4。属于一个类的植物激素赤霉素(气),GA3和GA4二萜的植物产生的激素调制不同的过程中扮演着重要的角色参与植物生长和发展。

天然气被认为是扮演了一个角色在背后的驱动力1960年代的“绿色革命”,这是反过来,避免全球饥荒和挽救许多的生命。继续研究赤霉素在农业科学可能会导致进一步的突破,对粮食安全的影响。

气候变化、全球变暖、海平面上升导致农业土壤被海水污染,提高土壤盐碱化。反过来,高土壤盐碱化是负调节遗传算法GA合成,促进新陈代谢,导致植物GA含量的减少。

新开发的纳米传感器智能研究人员允许GA动力学研究在盐胁迫植物在非常早期的阶段,可能使农民进行早期干预,当最终应用领域。这种形式的基础上早期压力检测。

目前,方法检测GA3和GA4通常需要大规模spectroscopy-based分析,一个耗时的和破坏性的过程。相比之下,新的传感器开发的人员是高度选择性的各自的气体和提供实时,体内监测GA含量的变化在广泛的植物物种。描述在一篇题为“近红外荧光碳纳米管传感器的植物激素赤霉素”发表在《纳米快报》杂志上,该研究代表了早期植物的突破压力检测和蕴藏的巨大潜力促进植物生物技术和农业。

本文建立在先前的研究团队在智能DiSTAP基于单壁碳纳米管(SWNT-based)的纳米传感器使用电晕阶段分子识别(CoPhMoRe)平台。

基于CoPhMoRe了麻省理工学院的斯特拉诺实验室首创的概念,新颖的传感器能够检测出GA的根源多种模型中的动力学和non-model植物物种,包括拟南芥、生菜和罗勒,以及GA积累在侧根的出现,突显出GA在根系结构的重要性。这是由研究者的相关发展一个新的拉曼耦合/近红外荧光计,使纳米传感器近红外荧光和拉曼G-band,科学家将一个新的硬件创新,消除了需要一个单独的参考纳米传感器,极大地简化了仪器需求通过使用单一光通道测量激素浓度。

通过可逆GA的纳米传感器,研究者发现增加内源GA含量突变体植物会产生大量的GA20ox1, GA生物合成的关键酶,以及盐胁迫植物中GA含量下降。当暴露于盐度压力,研究人员还发现,生菜增长严重阻碍——表明10天后才明显。相比之下,GA的纳米传感器报告后6小时GA含量下降,证明其功效更早的盐度压力指标。

“我们CoPhMoRe技术允许我们创建纳米颗粒,像天然抗体可以识别和锁定特定的分子。但他们往往远比选择更稳定。我们已经利用这种方法成功地为工厂创造纳米传感器信号,如过氧化氢和砷等重金属污染物在植物和土壤。方法创建传感器等有机分子合成生长素——一个重要的植物激素——就像我们展示了。

这一最新突破现在这个成功扩展到植物激素的家庭称为激勃素——一个极其困难的认识到,“DiSTAP位联席首席研究员教授共同通讯作者说迈克尔·斯特拉诺和碳p Dubbs麻省理工学院化学工程教授。“由此产生的技术提供了一种快速、实时、和体内方法监控GA含量的变化几乎任何植物,并且可以取代当前传感方法是非常艰苦的,破坏性的,种专一性和更高效。”

副DiSTAP科学主任默文博士一盎和co-first该论文的作者之一,补充说,“不仅仅是一个突破在植物压力检测,我们也展示了一种硬件创新新的耦合拉曼/近红外荧光计的形式,使碳纳米管的自参照传感器荧光和拉曼G-band,代表一个重大进步的翻译nanosensing工具集的字段。在不久的将来,我们的传感器可以结合低成本的电子产品,便携式装置,工业使用,或微针接口转换行业如何屏幕在粮食作物和减轻工厂的压力和潜在改善增长和收益。”

新的传感器可能会有各种各样的工业应用和用例。作为TLL首席研究员,新加坡国立大学兼任助理教授Daisuke铀源和共同通讯作者论文的解释说,“已知气体调节各种植物的开发过程,从射击,根,花与发展,种子萌发和植物的应激反应。商业化的气体,这些植物激素也卖给种植者和农民作为植物生长调节剂促进植物生长和种子萌发。我们的小说GA的纳米传感器可以应用在该领域早期植物压力监测,和种植者和农民也可以使用跟踪的吸收或代谢GA在庄稼。”

参考:Boonyaves K, Ang MCY,尹浩然,公园,近红外荧光碳纳米管传感器的植物激素赤霉素。纳米列托人。2023;23 (3):916 - 924。doi:10.1021 / acs.nanolett.2c04128

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