Gli scrittori di fantascienza hanno a lungo immaginato ibridi uomo-macchina che esercitavano poteri straordinari. Tuttavia, le "super piante" con nanomateriali integrati possono essere molto più vicine alla realtà rispetto ai cyborg. Oggi gli scienziati segnalano lo sviluppo di piante che possono produrre nanomateriali chiamati metal-organic frameworks (MOF) e l'applicazione di questi MOF come rivestimenti sulle piante stesse. Le piante migliorate potrebbero potenzialmente svolgere nuove utili funzioni, come il rilevamento di sostanze chimiche o la raccolta della luce in modo più efficiente.
I ricercatori presenteranno i loro risultati oggi (03/04/2019) all'American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting & Exposition.
Secondo il ricercatore principale del progetto, Joseph Richardson, Ph.D., gli esseri umani hanno introdotto materiali estranei nelle piante per migliaia di anni. "Un esempio di questo è la tintura dei fiori", dice. "Si immerge il gambo di un fiore reciso in un po' di tintura, e la tintura viene assorbita attraverso il gambo e penetra nei petali del fiore, e poi si vedono tutti questi bei colori".
A causa delle loro vaste reti vascolari, le piante assorbono facilmente acqua e molecole disciolte nei fluidi. Tuttavia, è più difficile per i materiali più grandi e le nanoparticelle come i MOF penetrare nelle radici. Così Richardson e colleghi dell'Università di Melbourne (Australia) si sono chiesti se potevano nutrire le piante con i precursori MOF, che le piante avrebbero assorbito e poi convertito in nanomateriali finiti.
I MOF - composti da ioni metallici o cluster legati a molecole organiche - formano cristalli altamente porosi che possono assorbire, immagazzinare e rilasciare altre molecole, proprio come una spugna. I chimici hanno fatto migliaia di MOF diversi finora, con potenziali applicazioni che vanno dalla conservazione del combustibile a idrogeno all'assorbimento dei gas serra fino alla consegna di farmaci all'interno del corpo. Avere delle piante con piccole quantità di questi composti utili nei loro stessi tessuti potrebbe dare loro nuove abilità mai viste in natura.
Per vedere se le piante potevano produrre MOF, Richardson e colleghi hanno aggiunto sali di metallo e leganti organici all'acqua e poi hanno inserito talee o piante intatte nella soluzione. Le piante hanno trasportato i precursori nei loro tessuti, dove sono cresciuti due diversi tipi di cristalli fluorescenti MOF. In un esperimento proof-of-concept, i frammenti di piante di loto che producono MOF hanno rilevato piccole concentrazioni di acetone nell'acqua, come dimostrato da una diminuzione della fluorescenza dei materiali. Sulla base di questi risultati, Richardson intende esplorare se gli ibridi MOF delle piante potrebbero percepire esplosivi o altri prodotti chimici volatili, che potrebbero essere utili per la sicurezza negli aeroporti.
Oltre a far produrre i MOF, i materiali finiti potrebbero essere utilizzati come rivestimento sulle piante per aiutarle a convertire i raggi ultravioletti (UV) nocivi in luce che è più utile per la fotosintesi. "Mentre contempliamo l'idea di coltivazioni nello spazio o su Marte in cui non è presente un'atmosfera e si è bombardati dai raggi UV, qualcosa del genere potrebbe essere utile", dice Richardson. "Questo perché non solo protegge le piante dai raggi UV, ma li trasforma anche in energia utile, specialmente quando ci si allontana dal sole ed è più difficile catturare tutta la luce di cui ci sarebbe bisogno per la fotosintesi."
I ricercatori hanno già iniziato a esaminare le capacità protettive dei nanomateriali e i dati preliminari sono promettenti. Il team ha ricoperto frammenti di crisantemo e di gigli d'acqua con MOF luminescenti e quindi ha esposto le piante alla luce UVC per tre ore. Rispetto ai ritagli non ricoperti, le piante con MOF hanno mostrato un minor appassimento e sbiancamento.
Ora, Richardson sta collaborando con i biologi vegetali per studiare gli effetti dei MOF sulla crescita delle piante. Finora, non hanno notato alcuna tossicità dei nanomateriali. I ricercatori vogliono anche esplorare se i MOF potrebbero effettivamente aiutare le piante a crescere meglio, il che potrebbe portare ad applicazioni in agricoltura.
I ricercatori presenteranno i loro risultati oggi (03/04/2019) all'American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting & Exposition.
Secondo il ricercatore principale del progetto, Joseph Richardson, Ph.D., gli esseri umani hanno introdotto materiali estranei nelle piante per migliaia di anni. "Un esempio di questo è la tintura dei fiori", dice. "Si immerge il gambo di un fiore reciso in un po' di tintura, e la tintura viene assorbita attraverso il gambo e penetra nei petali del fiore, e poi si vedono tutti questi bei colori".
A causa delle loro vaste reti vascolari, le piante assorbono facilmente acqua e molecole disciolte nei fluidi. Tuttavia, è più difficile per i materiali più grandi e le nanoparticelle come i MOF penetrare nelle radici. Così Richardson e colleghi dell'Università di Melbourne (Australia) si sono chiesti se potevano nutrire le piante con i precursori MOF, che le piante avrebbero assorbito e poi convertito in nanomateriali finiti.
I MOF - composti da ioni metallici o cluster legati a molecole organiche - formano cristalli altamente porosi che possono assorbire, immagazzinare e rilasciare altre molecole, proprio come una spugna. I chimici hanno fatto migliaia di MOF diversi finora, con potenziali applicazioni che vanno dalla conservazione del combustibile a idrogeno all'assorbimento dei gas serra fino alla consegna di farmaci all'interno del corpo. Avere delle piante con piccole quantità di questi composti utili nei loro stessi tessuti potrebbe dare loro nuove abilità mai viste in natura.
Per vedere se le piante potevano produrre MOF, Richardson e colleghi hanno aggiunto sali di metallo e leganti organici all'acqua e poi hanno inserito talee o piante intatte nella soluzione. Le piante hanno trasportato i precursori nei loro tessuti, dove sono cresciuti due diversi tipi di cristalli fluorescenti MOF. In un esperimento proof-of-concept, i frammenti di piante di loto che producono MOF hanno rilevato piccole concentrazioni di acetone nell'acqua, come dimostrato da una diminuzione della fluorescenza dei materiali. Sulla base di questi risultati, Richardson intende esplorare se gli ibridi MOF delle piante potrebbero percepire esplosivi o altri prodotti chimici volatili, che potrebbero essere utili per la sicurezza negli aeroporti.
Oltre a far produrre i MOF, i materiali finiti potrebbero essere utilizzati come rivestimento sulle piante per aiutarle a convertire i raggi ultravioletti (UV) nocivi in luce che è più utile per la fotosintesi. "Mentre contempliamo l'idea di coltivazioni nello spazio o su Marte in cui non è presente un'atmosfera e si è bombardati dai raggi UV, qualcosa del genere potrebbe essere utile", dice Richardson. "Questo perché non solo protegge le piante dai raggi UV, ma li trasforma anche in energia utile, specialmente quando ci si allontana dal sole ed è più difficile catturare tutta la luce di cui ci sarebbe bisogno per la fotosintesi."
I ricercatori hanno già iniziato a esaminare le capacità protettive dei nanomateriali e i dati preliminari sono promettenti. Il team ha ricoperto frammenti di crisantemo e di gigli d'acqua con MOF luminescenti e quindi ha esposto le piante alla luce UVC per tre ore. Rispetto ai ritagli non ricoperti, le piante con MOF hanno mostrato un minor appassimento e sbiancamento.
Ora, Richardson sta collaborando con i biologi vegetali per studiare gli effetti dei MOF sulla crescita delle piante. Finora, non hanno notato alcuna tossicità dei nanomateriali. I ricercatori vogliono anche esplorare se i MOF potrebbero effettivamente aiutare le piante a crescere meglio, il che potrebbe portare ad applicazioni in agricoltura.
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