新型基于活植物的传感器将野生植物与工程光学纳米传感器连接起来，能够检测到低至十亿分之二的砷含量
砷是一种对人类和生态系统具有高度毒性的重金属——一些人估计，大米中的无机砷每年导致5万人过早死亡
这种新方法可用于监测任何植物对砷的吸收，杏耀也可将任何非转基因植物转化为监测土壤砷水平的环境传感器，使其在农业研究和环境监测方面的应用成为可能
这些新型纳米传感器的读数可以通过便携、廉价的电子设备快速获取，比如基于树莓pi的平台
新加坡,2020年12月2——科学家们从破坏性&可持续农业技术精度(DiSTAP),一个跨学科的研究机构(IRG)会研究和技术联盟(聪明),麻省理工学院的研究企业在新加坡,已经设计了一个新型的植物nanobionic光学传感器,可以检测和监控,实时,剧毒重金属砷的地下的环境。这一进展比用于测量环境中砷的传统方法具有重大优势，而且对于环境监测和保障食品安全的农业应用都很重要，因为砷是大米、蔬菜和茶叶等许多常见农产品中的一种污染物。
最近发表在《先进材料》上的一篇题为“植物纳米离子传感器检测砷”的论文描述了这种新方法。本文由Tedrick托马斯·萨利姆·卢博士最近一研究生的麻省理工学院(MIT)和迈克尔·斯特拉诺合著,位联席首席研究员DiSTAP和碳p Dubbs麻省理工学院教授以及Minkyung公园和崔健桥,麻省理工学院的研究生。
砷及其化合物是对人类和生态系统的严重威胁。人类长期接触砷可造成广泛的有害健康影响，包括心血管疾病，如心脏病、糖尿病、出生缺陷、严重的皮肤损害，以及许多癌症，包括皮肤癌、膀胱癌和肺癌。采矿和冶炼等人为活动导致土壤中砷含量升高，也对植物有害，抑制生长并导致大量作物损失。更麻烦的是，粮食作物会从土壤中吸收砷，导致人类消费的食物和产品受到污染。地下环境中的砷也会污染地下水和其他地下水源，长期饮用这些水源会导致严重的健康问题。因此，开发准确、有效和易于部署的砷传感器对保护农业和更广泛的环境安全都很重要。
这些由智能DiSTAP开发的新型纳米光学传感器在砷的检测中表现出荧光强度的变化。这些传感器嵌入到植物组织中，不会对植物产生有害影响，它提供了一种无损的方式来监测植物从土壤中吸收砷的内部动态。在活的植物中集成光学纳米传感器，使植物转变为自供电的砷探测器，从他们的自然环境，标志着一个重大的升级，从目前的传统方法的时间和设备密集型砷取样方法。
该研究的主要作者Tedrick Thomas Salim Lew博士说:“我们的植物基纳米传感器之所以值得注意，不仅是因为它是同类产品中的第一款，还因为它比测量地下环境中的砷含量的传统方法具有显著优势，需要更少的时间、设备和人力。”我们设想，这种创新最终将在农业和其他领域得到广泛应用。我很感谢SMART DiSTAP和淡马锡生命科学实验室(TLL)，
，他们在产生想法、科学讨论以及为这项工作提供研究资金方面都发挥了重要作用。”
除了在大米和菠菜中检测砷，该团队还使用了一种蕨类植物，即翼蕨，它可以过量积累砷。这种蕨类植物可以吸收和耐受高水平的砷而没有有害影响——设计了一种超灵敏的植物砷检测仪，能够检测非常低的砷浓度，低到十亿分之二(ppb)。相比之下，砷探测器的监管限制是十亿分之十。值得注意的是，这种新型纳米传感器还可以集成到其他种类的植物中。这是基于活植物的砷传感器的首次成功演示，代表了一项突破性进展，它可能在农业研究(例如监测可食用作物吸收的砷以促进食品安全)和一般环境监测中被证明非常有用。
以前，测定砷含量的常规方法包括定期田间取样、植物组织消化、提取和使用质谱分析。这些方法是费时的，需要广泛的样品处理，并经常涉及使用笨重和昂贵的仪器。智能DiSTAP新方法的耦合纳米传感器与植物的自然能力,有效地提取分析物通过根和运输允许检测砷吸收的植物与便携式实时,便宜的电子产品,如便携式覆盆子π平台配备了电荷耦合器件(CCD)相机,类似于智能手机相机。
合著者、DiSTAP联合首席研究员、麻省理工学院教授Michael Strano补充说:“这是一个非常令人兴奋的进展，因为我们第一次开发了一种纳米离子传感器，可以检测砷——一种严重的环境污染物和潜在的公共健康威胁。与旧的砷检测方法相比，这种新型传感器具有诸多优势，它可能会成为一个游戏规则的改变者，因为它不仅更省时，而且比旧的方法更准确，更容易部署。它还将帮助TLL等组织的植物科学家进一步生产抗吸收有毒元素的作物。受TLL最近努力创造砷含量更低的水稻作物的启发，这项工作是进一步支持SMART DiSTAP在食品安全研究方面的努力，不断创新和开发新的技术能力，以提高新加坡的食品质量和安全。”
这项研究由SMART进行，杏耀网址并得到新加坡国家研究基金会(NRF)的支持，该基金会隶属于其卓越研究和科技企业(CREATE)园区。
