Špenát jako detektor min. Kredit: MIT.

Dny, kdy jsme blahosklonně shlíželi na rostliny, které jsou sice pěkně a užitečné, ale v podstatě nic neumějí, jsou podle všeho sečteny. Na scénu přichází nanobionika rostlin (anglicky plant nanobionics), tedy rafinované spojování živých rostlin s nanoelektronickými systémy. A nanobionické rostliny sice rovněž rostou na jednom místě, kromě toho ale i něco šikovného dovedou. Nejnovější nanobionickou rostlinou se stal špenát a rozhodně není určený k jídlu. Nanoinženýři Massachusettského technologického institutu (MIT) udělali ze špenátu pozoruhodné zařízení na detekci výbušnin s bezdrátovým přenosem dat.

Michael Strano. Kredit: Len Rubenstein / MIT.

Šéf výzkumu Michael Strano a jeho spolupracovníci vylepšili špenát tím, že do jeho listů umístili uhlíkové nanotrubičky. Tento špenát dovede detekovat nitroaromatické chemické látky, které jsou běžnou součástí min a dalších typů výbušnin. Pokud se taková látka dostane do vody v půdě, k níž má přístup nanobionický špenát, tak uhlíkové nanotrubičky v jeho listech nastaví fluorescenční signál. Takový signál pak lze přečíst zařízením, které je vybavené infračervenou kamerou.

Strano s kolegy využívají toho, že rostliny jsou vlastně výteční analytičtí chemici. Pro rostliny je totiž důležité mít slušnou představu o bezprostředním okolí, kde rostlina pravděpodobně stráví celý život. Rostliny disponují rozsáhlou sítí kořenů, s jejichž pomocí neustále monitorují dostupnou vodu. Nanoinženýři zase již dříve vytvořili senzory z uhlíkových trubiček, které mohou detekovat velmi rozmanité molekuly – od peroxidu vodíku, přes TNT, až bojový jed sarin. Když se příslušná molekula setká s polymerovým obalem uhlíkových nanotrubiček, tak to změní jejich fluorescenci.

Běžný špenát. Kredit: Rasbak / Wikimedia Commons.

Badatelé použili nanosenzory, které jsou schopné detekovat nitroaromatické látky. Roztok s těmito senzory aplikovali na spodní stranu listů špenátu a senzory se dostaly do mezofylu, fotosyntetické vrstvy uvnitř listu. Kromě senzorů do listů špenátu ještě vložili kontrolní uhlíkové nanotrubičky s permanentně zapnutým fluorescenčním signálem. Nanobionický špenát funguje možná až překvapivě rychle. Pokud jsou v okolní vodě nitroaromatické látky, tak špenát nastaví fluorescenční signál za pouhých 10 minut.

Raspberry Pi 2 Model B. Kredit: Multicherry

K přečtení signálu nanobionického špenátu je nutné na tento špenát posvítit laserem, který v uhlíkových nanotrubičkách vyvolá emisi blízce infračerveného záření. Tak vznikne signál, jaký lze zachytit infračervenou kamerou, kterou Strano s kolegy připojili k maličkému počítači o velikosti platební karty. Jde o Raspberry Pi, jehož cena se pohybuje mezi pár stovkami až tisícem Kč. Signál nanobionického špenátu lze dokonce zachytit i chytrým telefonem, tedy po odstranění infračerveného filtru. Badatelům to s infračervenou kamerou připojenou k Raspberry Pi fungovalo na vzdálenost zhruba 1 metru a chtějí zapracovat na tom, aby tuto vzdálenost zvětšili.

Nanobionika špenátu vypadá dost zajímavě. Studie o nanobionickém špenátu, kterou publikovali v Nature Materials, prorazila do headlinů po celém světě. Podle Michaela McAlpina z Univerzity Minnesoty mají nanobionické rostliny ohromný potenciál. Rostliny se přitom mohou stát nejen detektory, ale i přijímači rádiových signálů nebo třeba mohou měnit barvu. Díky nanobionice se z nich stávají živoucí elektronické skládačky, jejichž využití může být v budoucnu pozoruhodné. 

Video:  Plant-to-human communication

Literatura
MIT News 31. 10. 2016, Nature Materials online 31. 10. 2016.