Sciencefictionschrijvers hebben al lang mens-machine-hybriden voor ogen die buitengewone krachten bezitten. Echter, "superplanten" met geïntegreerde nanomaterialen kunnen veel dichter bij de realiteit staan ​​dan cyborgs. Vandaag, wetenschappers rapporteren de ontwikkeling van planten die nanomaterialen kunnen maken die metaal-organische raamwerken (MOF's) worden genoemd en de toepassing van MOF's als coatings op planten. De augmented plants kunnen mogelijk nuttige nieuwe functies vervullen, zoals het detecteren van chemicaliën of het efficiënter oogsten van licht.

De onderzoekers zullen hun resultaten vandaag presenteren op de American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting &Exposition.

Volgens de hoofdonderzoeker van het project, Joseph Richardson, doctoraat, mensen introduceren al duizenden jaren vreemde materialen in planten. "Een voorbeeld hiervan is het verven van bloemen, "zegt hij. "Je zou een stengel van een snijbloem onderdompelen in wat kleurstof, en de kleurstof zou door de stengel worden opgenomen en in de bloembladen doordringen, en dan zou je deze prachtige kleuren zien."

Door hun uitgebreide vasculaire netwerken, planten absorberen gemakkelijk water en moleculen opgelost in vloeistoffen. Echter, het is moeilijker voor grotere materialen en nanodeeltjes zoals MOF's om wortels binnen te dringen. Dus Richardson en collega's van de Universiteit van Melbourne (Australië) vroegen zich af of ze MOF-precursoren voor planten konden voeden, die de planten zouden opnemen en vervolgens omzetten in afgewerkte nanomaterialen.

MOF's - die bestaan ​​uit metaalionen of clusters gekoppeld aan organische moleculen - vormen zeer poreuze kristallen die kunnen opzuigen, andere moleculen opslaan en vrijgeven, net als een spons. Chemici hebben tot nu toe duizenden verschillende MOF's gemaakt, met mogelijke toepassingen variërend van het opslaan van waterstofbrandstof tot het absorberen van broeikasgassen tot het afleveren van medicijnen in het lichaam. Als planten kleine hoeveelheden van deze nuttige verbindingen in hun eigen weefsels maken, kunnen ze nieuwe vermogens krijgen die in de natuur niet worden gezien.

Om te zien of planten MOF's kunnen maken, Richardson en collega's voegden metaalzouten en organische linkers toe aan water en plaatsten vervolgens stekken of intacte planten in de oplossing. De planten transporteerden de voorlopers naar hun weefsels, waar twee verschillende soorten fluorescerende MOF-kristallen groeiden. In een proof-of-concept-experiment MOF-producerende lotusplantknipsels detecteerden kleine concentraties aceton in water, zoals blijkt uit een afname van de fluorescentie van de materialen. Op basis van deze resultaten, Richardson is van plan te onderzoeken of plant-MOF-hybriden explosieven of andere vluchtige chemicaliën kunnen detecteren, die nuttig kunnen zijn voor de beveiliging van de luchthaven.

Behalve dat de planten MOF's maken, de afgewerkte materialen kunnen worden gebruikt als coating op de planten om ze te helpen schadelijke ultraviolette (UV) stralen om te zetten in licht dat nuttiger is voor fotosynthese. "Als we nadenken over het verbouwen van gewassen in de ruimte of op Mars waar je geen atmosfeer hebt en wordt gebombardeerd door UV-stralen, zoiets als dit kan handig zijn, " zegt Richardson. "Dat komt omdat het niet alleen de planten beschermt tegen de UV-stralen, maar het verandert ze ook in bruikbare energie. Vooral als je verder weg van de zon komt, het is moeilijker om al het licht dat je nodig hebt voor fotosynthese vast te leggen."

De onderzoekers zijn al begonnen met het onderzoeken van de beschermende eigenschappen van de nanomaterialen, en de voorlopige gegevens zijn veelbelovend. Het team bedekte knipsels van chrysanthemum en lelieturf met lichtgevende MOF's en stelde de planten vervolgens gedurende drie uur bloot aan UVC-licht. In vergelijking met ongecoat maaisel, de planten met MOF's vertoonden minder verwelking en verbleking.

Nutsvoorzieningen, Richardson werkt samen met plantenbiologen om de effecten van MOF's op plantengroei te bestuderen. Tot dusver, ze hebben geen enkele toxiciteit van de nanomaterialen opgemerkt. De onderzoekers willen ook onderzoeken of MOF's planten daadwerkelijk kunnen helpen beter te groeien, wat kan leiden tot toepassingen in de landbouw.