科学家将植物转变为用于环境监测的传感器
通过在菠菜叶里面加入碳纳米管，麻省理工学院的工程师将菠菜转化为可以检测爆炸物的传感器，然后无线地将信息发送到类似智能手机的手持设备上。
（图片来源于：Christine Daniloff/MIT）
引言
植物，通常会用于食品、环境保护、观赏。然而除此之外还能有什么用途？出乎意料的事情发生了，科学家竟然通过在植物叶子里面嵌入碳纳米管，将电子系统引入到植物中，让它成为监测环境中化学物质的传感器。
方案简介
菠菜已经不再只是一种超级食品：通过在其叶子里面嵌入碳纳米管，麻省理工学院的工程师将菠菜转变为可以检测爆炸物的传感器，并且通过无线将信息发送到类似于智能手机的手持设备上。这是科学家首次将电子系统设计到植物中，研究人员称这个方案为“植物纳米仿生学”。
这项研究的领导者、麻省理工学院化学工程系的教授 Michael Strano 如此认为：
“这种植物纳米仿生学的目标就是将纳米粒子引入到植物中，让具有非原生的功能。”
在这个方案中，植物可以检测硝基芳香化合物，这种物质经常在地雷和爆炸物中使用。植物自然吸收地下水中的这种化学物质，然后叶子里的碳纳米管会发出荧光信号，红外摄像头可以读取这种信号。摄像头可以附着在类似智能手机的小型计算机上，然后发送通知邮件给用户。
这篇论文的高级作者 Strano 在10月31日的《纳米材料》杂志上描述了这种纳米仿生学植物。他相信植物同时也能够进行环境污染和干旱的报警，他如此评论道：
“这是一种新型的演示，我们打破了植物和人类之间的通信障碍。”
这项论文的领导作者、麻省理工大学的毕业生 Min Hao Wong 创办了 Plantea 公司进一步开发这项技术。环境监测
两年之前，Strano 和前麻省理工大学博士后 Juan Pablo Giraldo 在纳米仿生学的一次演示中，使用纳米粒子提高植物的光合作用能力，并且将它们转换为一氧化氮的传感器，一氧化氮是一种由于燃烧产生的污染物。
Strano 认为：
“植物是监测环境的理想选择，因为他们已经能够从环境中获取很多信息。植物是很好的分析化学家。它们在土壤中具有广泛的根网络，不断的吸收地下水，同时能够通过自身将水分运输到叶子里。”
Strano的实验室之前开发了一种碳纳米管，它可以监测一些列的分子，包括过氧化氢、爆炸性物质、沙林毒气等。当目标分子绑定到聚合物包裹的碳纳米管上的时候，它会改变纳米管的荧光。
在一项新的研究中，研究人员将检测芳香硝基化合物的传感器嵌入到菠菜叶子里面。他们使用一种称为“脉络注入”的技术，将纳米颗粒注入到叶子的下面，然后将传感器放置到叶子的叶肉层中，大多数的光合作用就发生在那里。
他们嵌入的碳纳米管会发出一种持续的荧光信号作为参考。研究人员通过比较这两种荧光信号，很容易地判断出爆炸物传感器是否有检测到任何危险物质。如果在地下水中存在任何爆炸物分子，植物差不多需要10分钟将它们汲取到叶子中，那里有检测器会检测出它们。
为了读取这种信号，研究人员将激光发射到叶子上，让叶子中的碳纳米管激发出一种近红外荧光。它可以被附着在树莓派产品上的微型红外摄像头检测到。树莓派是一种价格为35美元的、信用卡大小的计算机，就像智能手机内部的电脑一样。研究人员称，通过去掉大多数照相手机具有的红外线滤光器，这种信号也可以被智能手机检测到。
Strano 说：
“手机和特定的摄像头可以取代这种设置，其实就是红外线滤光器，阻止了你的手机具有这种功能。”
研究人员使用这种设置，可以在差不多 一米的距离内，从任何植物上采集信号。目前他们正在增加检测距离。“有价值的信息”
在2014年的纳米仿生学研究上，Strano 的实验室希望通过一种称为“阿拉伯芥”的植物进行研究。然而，在最新的研究中，研究人员使用普通的菠菜叶，展示了这项技术的多功能性。Strano 说：
“你现在可以将这项技术应用到任何植物上。”
目前为止，研究人员也设计了监测多巴胺的波菜，多巴胺会影响植物根部的成长。现在，他们正在研究更多的传感器，包括可以检测用于表达植物自身组织信息的化学物质。Strano 说：“植物对于环境具有很好的反应性，它们比我们更快地知道哪里将发生干旱。它们可以检测到土壤和水中的微小变化。如果我们不断研究这些化学信号，我们将可以获取更多有价值的信息。”
这些传感器也可以帮助植物学家更好地研究植物内部机制、监测植物健康、最大化某些植物合成化学成分的产量，例如长春花植物，它可以产生治疗癌症的药物。
Wong 认为：
“这些传感器可以从植物中实时获取信息。这样好像让植物和它所处的环境进行交流。在精准农业的情况下，这些信息直接影响到产量和利润。”
参考资料【1】http://news.mit.edu/2016/nanobionic-spinach-plants-detect-explosives-1031
【2】Min Hao Wong, Juan P. Giraldo, Seon-Yeong Kwak, Volodymyr B. Koman, Rosalie Sinclair, Tedrick Thomas Salim Lew, Gili Bisker, Pingwei Liu, Michael S. Strano. Nitroaromatic detection and infrared communication from wild-type plants using plant nanobionics. Nature Materials, 2016; DOI:
更多精彩内容，请关注微信公众号：IntelligentThings
责任编辑：
相关知识
科学家将植物转变为用于环境监测的传感器
土壤水分温度传感器厂家
鲜花市场遭遇寒冬，温室花卉种植环境监测系统助力花农增产增收
智能温室环境监控系统24个常见问题与解答
土壤湿度传感器的应用
花卉大棚中应用到的土壤湿度传感器
环境监测对环境保护的作用与发展论文（通用7篇）
土壤湿度传感器，出远门再也不怕花没人浇水了
基于北斗导航系统的生态环境监测应用研究——以云南省桃花源旅游景区为例
请保姆？1770个水质监测站将交第三方运维
网址: 科学家将植物转变为用于环境监测的传感器 https://m.huajiangbk.com/newsview117021.html
| 上一篇: 2021年花卉产品质量监测方案. |
下一篇: 基于气传花粉监测数据的研究进展 |
