Científicos de Tecnologías disruptivas y sostenibles para la precisión agrícola DiSTAP, un Grupo de investigación interdisciplinario IRG de la Alianza Singapur-MIT para la investigación y la tecnología SMART, la empresa de investigación del MIT en Singapur, han diseñado un nuevo tipo de planta nanobiónicasensor óptico que puede detectar y monitorear, en tiempo real, los niveles de arsénico de metales pesados altamente tóxicos en el ambiente subterráneo. Este desarrollo proporciona ventajas significativas sobre los métodos convencionales utilizados para medir el arsénico en el ambiente y será importante tanto para el monitoreo ambiental como paraaplicaciones agrícolas para salvaguardar la seguridad alimentaria, ya que el arsénico es un contaminante en muchos productos agrícolas comunes como el arroz, las verduras y las hojas de té.
Este nuevo enfoque se describe en un artículo titulado "Sensores nanobiónicos de plantas para la detección de arsénico", publicado recientemente en Materiales avanzados . El artículo fue dirigido por el Dr. Tedrick Thomas Salim Lew, un estudiante recién graduado del Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT y coautor de Michael Strano, investigador principal co-líder de DiSTAP y profesor Carbon P. Dubbs en MIT, así como Minkyung Park y Jianqiao Cui, ambos estudiantes graduados del MIT.
El arsénico y sus compuestos son una grave amenaza para los seres humanos y los ecosistemas. La exposición prolongada al arsénico en los seres humanos puede causar una amplia gama de efectos perjudiciales para la salud, incluidas enfermedades cardiovasculares como ataque cardíaco, diabetes, defectos de nacimiento, lesiones cutáneas graves,y numerosos cánceres, incluidos los de piel, vejiga y pulmón. Los niveles elevados de arsénico en el suelo como resultado de actividades antropogénicas como la minería y la fundición también son perjudiciales para las plantas, inhiben el crecimiento y provocan pérdidas sustanciales de cultivos. Lo que es más preocupante, los alimentosLos cultivos pueden absorber arsénico del suelo, lo que lleva a la contaminación de los alimentos y productos que consumen los seres humanos. El arsénico en entornos subterráneos también puede contaminar las aguas subterráneas y otras fuentes de agua subterráneas, cuyo consumo a largo plazo puede causar graves problemas de salud.Los sensores de arsénico precisos, efectivos y fáciles de implementar son importantes para proteger tanto la industria agrícola como la seguridad ambiental en general.
Estos novedosos nanosensores ópticos desarrollados por SMART DiSTAP exhiben cambios en su intensidad de fluorescencia tras la detección de arsénico. Incrustados en tejidos vegetales sin efectos perjudiciales para la planta, estos sensores proporcionan una forma no destructiva de monitorear la dinámica interna del arsénico tomadoEsta integración de nanosensores ópticos dentro de las plantas vivas permite la conversión de plantas en detectores autoamplificados de arsénico de su entorno natural, lo que marca una mejora significativa con respecto a los métodos de muestreo de arsénico que requieren mucho tiempo y equipo de los métodos convencionales actuales.métodos.
El autor principal, el Dr. Tedrick Thomas Salim Lew, dijo: "Nuestro nanosensor basado en plantas es notable no solo por ser el primero de su tipo, sino también por las ventajas significativas que confiere sobre los métodos convencionales de medición de los niveles de arsénico en el entorno subterráneo, que requierenmenos tiempo, equipo y mano de obra. Prevemos que esta innovación eventualmente tendrá un amplio uso en la industria agrícola y más allá. Estoy agradecido a SMART DiSTAP y al Laboratorio de Ciencias de la Vida Temasek TLL, los cuales fueron fundamentales en la generación de ideas,debate, así como financiación de la investigación para este trabajo. "
Además de detectar arsénico en el arroz y las espinacas, el equipo también usó una especie de helecho, Pteris cretica, que puede hiperacumular el arsénico. Esta especie de helecho puede absorber y tolerar altos niveles de arsénico sin ningún efecto perjudicial ingeniería de una planta ultrasensibledetector de arsénico a base de arsénico, capaz de detectar concentraciones muy bajas de arsénico, tan bajas como 0,2 partes por mil millones ppb. En contraste, el límite reglamentario para los detectores de arsénico es de 10 partes por mil millones. En particular, los nuevos nanosensores también se pueden integrar en otrosespecies de plantas. Esta es la primera demostración exitosa de sensores de arsénico basados en plantas vivas y representa un avance revolucionario que podría resultar muy útil tanto en la investigación agrícola por ejemplo, para monitorear el arsénico absorbido por cultivos comestibles para la seguridad alimentaria como enen vigilancia ambiental general.
Anteriormente, los métodos convencionales para medir los niveles de arsénico incluían el muestreo de campo regular, la digestión de tejidos vegetales, la extracción y el análisis mediante espectrometría de masas. Estos métodos requieren mucho tiempo, requieren un tratamiento de muestras extenso y, a menudo, implican el uso de instrumentación voluminosa y costosa. SMARTEl nuevo método de DiSTAP de acoplar sensores de nanopartículas con la capacidad natural de las plantas para extraer analitos de manera eficiente a través de las raíces y transportarlos permite la detección de la absorción de arsénico en plantas vivas en tiempo real con dispositivos electrónicos portátiles y económicos, como una plataforma Raspberry Pi portátil equipadacon una cámara de dispositivo de carga acoplada CCD, similar a la cámara de un teléfono inteligente.
El coautor, investigador principal co-líder de DiSTAP y profesor del MIT Michael Strano agregó: "Este es un desarrollo enormemente emocionante, ya que, por primera vez, hemos desarrollado un sensor nanobiónico que puede detectar el arsénico, un grave problema ambientalcontaminante y una posible amenaza para la salud pública. Con sus innumerables ventajas sobre los métodos más antiguos de detección de arsénico, este sensor novedoso podría cambiar las reglas del juego, ya que no solo es más eficiente en el tiempo, sino también más preciso y más fácil de implementar que los métodos más antiguos.También ayudará a los científicos de plantas de organizaciones como TLL a producir más cultivos que resistan la absorción de elementos tóxicos. Inspirado por los esfuerzos recientes de TLL para crear cultivos de arroz que absorban menos arsénico, este trabajo es un esfuerzo paralelo para apoyar aún más los esfuerzos de SMART DiSTAP en alimentosinvestigación de seguridad, innovando constantemente y desarrollando nuevas capacidades tecnológicas para mejorar la calidad y seguridad de los alimentos de Singapur ".
La investigación la lleva a cabo SMART y cuenta con el apoyo de la National Research Foundation NRF de Singapur en el marco de su programa Campus for Research Excellence And Technological Enterprise CREATE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Alianza Singapur-MIT para la investigación y la tecnología SMART . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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