Ricercatori del gruppo di ricerca interdisciplinare (IRG) di Disruptive &Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) di Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), L'impresa di ricerca del MIT a Singapore e i loro collaboratori locali del Temasek Life Sciences Laboratory (TLL) e della Nanyang Technological University (NTU) hanno sviluppato il primo nanosensore in assoluto per consentire test rapidi di ormoni vegetali sintetici di auxina. I nuovi nanosensori sono più sicuri e meno noiosi delle tecniche esistenti per testare la risposta delle piante a composti come erbicidi, e può essere trasformativo nel migliorare la produzione agricola e la nostra comprensione della crescita delle piante.

Gli scienziati hanno progettato sensori per due ormoni vegetali:acido 1-naftalene acetico (NAA) e 2, acido 4-diclorofenossiacetico (2, 4D), che sono ampiamente utilizzati nell'industria agricola per regolare la crescita delle piante e come erbicidi rispettivamente. Metodi attuali per rilevare NAA e 2, 4D causare danni alle piante, e non sono in grado di fornire informazioni e monitoraggio in vivo in tempo reale.

Basato sul concetto di riconoscimento molecolare in fase corona (CoPhMoRe) introdotto da Strano Lab presso SMART DiSTAP e Massachusetts Institute of Technology (MIT), i nuovi sensori sono in grado di rilevare la presenza di NAA e 2, 4D in piante viventi a un ritmo veloce, fornire informazioni sull'impianto in tempo reale, senza causare alcun danno. Il team ha testato con successo entrambi i sensori su una serie di colture quotidiane tra cui pak choi, spinaci e riso attraverso vari mezzi di semina come terreno, idroponica, e coltura di tessuti vegetali.

Spiegato in un articolo intitolato "Nanosensor Detection of Synthetic Auxins In Planta using Corona Phase Molecular Recognition" pubblicato sulla prestigiosa rivista Sensori ACS, la ricerca può facilitare un uso più efficiente delle auxine sintetiche in agricoltura e avere un enorme potenziale per far progredire lo studio della biologia vegetale.

"La nostra tecnica CoPhMoRe è stata precedentemente utilizzata per rilevare composti come il perossido di idrogeno e inquinanti di metalli pesanti come l'arsenico, ma questo è il primo caso di successo di sensori CoPhMoRe sviluppati per rilevare i fitormoni vegetali che regolano la crescita e la fisiologia delle piante, come spray per prevenire la fioritura prematura e la caduta dei frutti, " afferma il professor Michael Strano, co-leader di DiSTAP, e il professore di ingegneria chimica Carbon P. Dubbs al MIT, che guida lo Strano Lab al MIT. "Questa tecnologia può sostituire gli attuali metodi di rilevamento all'avanguardia che sono laboriosi, distruttivo, e pericoloso".

Dei due sensori sviluppati dal gruppo di ricerca, il 2, Il nanosensore 4D ha anche mostrato la capacità di rilevare la suscettibilità agli erbicidi, consentendo agli agricoltori e agli scienziati agricoli di scoprire rapidamente quanto siano vulnerabili o resistenti le diverse piante agli erbicidi senza la necessità di monitorare la crescita delle colture o delle erbe infestanti per giorni. "Questo potrebbe essere incredibilmente utile nel rivelare il meccanismo alla base di come 2, Il 4D funziona all'interno delle piante e perché le colture sviluppano resistenza agli erbicidi, ", afferma il Dr. Rajani Sarojam, Principal Investigator di DiSTAP e TLL.

"La nostra ricerca può aiutare l'industria a comprendere meglio le dinamiche di crescita delle piante e ha il potenziale per cambiare completamente il modo in cui l'industria seleziona la resistenza agli erbicidi, eliminando la necessità di monitorare la crescita delle colture o delle erbe infestanti per giorni, " dice il dottor Mervin Chun-Yi Ang, Ricercatore presso DiSTAP. "Può essere applicato su una varietà di specie vegetali e mezzi di semina, e potrebbe essere facilmente utilizzato in installazioni commerciali per test rapidi di suscettibilità agli erbicidi, come le fattorie urbane".

La professoressa della NTU Mary Chan-Park Bee Eng dice, "L'utilizzo di nanosensori per il rilevamento in planta elimina la necessità di estesi processi di estrazione e purificazione, che fa risparmiare tempo e denaro. Usano anche elettronica a bassissimo costo, il che li rende facilmente adattabili ad allestimenti commerciali."

Il team afferma che la loro ricerca può portare allo sviluppo futuro di nanosensori in tempo reale per altri ormoni e metaboliti vegetali dinamici anche nelle piante viventi.

Lo sviluppo del nanosensore, sistema di rilevamento ottico, e gli algoritmi di elaborazione delle immagini per questo studio sono stati eseguiti da SMART, NTU e MIT, mentre TLL ha convalidato i nanosensori e ha fornito conoscenze sulla biologia delle piante e sui meccanismi di segnalazione delle piante. La ricerca è condotta da SMART e supportata da NRF nell'ambito del suo programma Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE).