Gli scrittori di fantascienza hanno a lungo immaginato ibridi uomo-macchina che esercitano poteri straordinari. Però, Le "super piante" con nanomateriali integrati possono essere molto più vicine alla realtà dei cyborg. Oggi, gli scienziati segnalano lo sviluppo di piante in grado di produrre nanomateriali chiamati strutture metallo-organiche (MOF) e l'applicazione di MOF come rivestimenti sulle piante. Le piante aumentate potrebbero potenzialmente svolgere nuove utili funzioni, come il rilevamento di sostanze chimiche o la raccolta della luce in modo più efficiente.

I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting &Exposition.

Secondo il ricercatore capo del progetto, Joseph Richardson, dottorato di ricerca, gli esseri umani hanno introdotto materiali estranei nelle piante per migliaia di anni. "Un esempio di questo è la tintura dei fiori, " dice. "Immergeresti uno stelo di un fiore reciso in un po' di tintura, e la tintura verrebbe assorbita attraverso lo stelo e penetrerebbe nei petali dei fiori, e poi vedresti questi bei colori."

A causa delle loro estese reti vascolari, le piante assorbono facilmente acqua e molecole disciolte nei fluidi. Però, 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 precursori MOF, che le piante assorbirebbero e poi convertirebbero in nanomateriali finiti.

I MOF, costituiti da ioni metallici o cluster legati a molecole organiche, formano cristalli altamente porosi che possono assorbire, immagazzinare e rilasciare altre molecole, molto simile a una spugna. Finora i chimici hanno realizzato migliaia di MOF diversi, con potenziali applicazioni che vanno dallo stoccaggio di idrogeno all'assorbimento di gas serra fino alla somministrazione di farmaci all'interno del corpo. Il fatto che le piante producano piccole quantità di questi composti utili nei propri tessuti potrebbe conferire loro nuove capacità che non si vedono in natura.

Per vedere se le piante possono produrre MOF, Richardson e colleghi hanno aggiunto sali metallici e leganti organici all'acqua e poi hanno inserito talee o piante intatte nella soluzione. Le piante trasportavano i precursori nei loro tessuti, dove sono cresciuti due diversi tipi di cristalli MOF fluorescenti. In un esperimento di proof-of-concept, I ritagli di piante di loto che producono MOF hanno rilevato piccole concentrazioni di acetone nell'acqua, come mostrato da una diminuzione della fluorescenza dei materiali. Sulla base di questi risultati, Richardson ha in programma di esplorare se gli ibridi vegetali-MOF potrebbero rilevare esplosivi o altre sostanze chimiche volatili, che potrebbe essere utile per la sicurezza aeroportuale.

Oltre a fare in modo che le piante producano MOF, i materiali finiti potrebbero essere usati come rivestimento sulle piante per aiutarle a convertire i dannosi raggi ultravioletti (UV) in luce più utile per la fotosintesi. "Mentre contempliamo la coltivazione nello spazio o su Marte dove non c'è atmosfera e sei bombardato 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 ti allontani dal sole, è più difficile catturare tutta la luce necessaria per la fotosintesi."

I ricercatori hanno già iniziato a esaminare le capacità protettive dei nanomateriali, e i dati preliminari sono promettenti. Il team ha rivestito i ritagli di crisantemo e ninfea con MOF luminescenti e poi ha esposto le piante alla luce UVC per tre ore. Rispetto ai ritagli non patinati, le piante con MOF hanno mostrato meno avvizzimento e sbiancamento.

Ora, Richardson sta collaborando con 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, che possono portare ad applicazioni in agricoltura.