Группа ученых из DiSTAP (интердисциплинарной исследовательской группы Singapore‑MIT Alliance for Research and Technology), Massachusetts Institute of Technology и Temasek Life Sciences Laboratory представила NIR‑флуоресцентный наносенсор для детального анализа железа в живых растениях, способный в реальном времени различать формы Fe(II) и Fe(III).
Устройство построено на основе одинарностенных углеродных нанотрубок, обернутых отрицательно заряженным флуоресцентным полимером, формирующим гелиальную структуру корональной фазы. Использование платформы Corona Phase Molecular Recognition, разработанной в лаборатории Страно в рамках SMART DiSTAP и MIT, обеспечивает высокую селективность и чувствительность сенсора.
Железо играет ключевую роль в процессах фотосинтеза, респирации и функционирования ферментов. При этом Fe(II) легко усваивается растениями, а Fe(III) требует предварительного преобразования. Традиционные методы определяют лишь суммарное содержание железа, что затрудняет диагностику дефицита или избытка элемента.
Технология позволяет проводить неразрушающее картирование распределения железа в тканях растений с высокой пространственной разрешающей способностью. Возможность обнаружения даже незначительных изменений в концентрациях элементов дает важные сведения о состоянии растений, способствуя оптимизации методов удобрения и снижению экологической нагрузки.
Наносенсор успешно испытан на шпинате и китайской капусте (bok choy), что демонстрирует его универсальность и применение без необходимости генной модификации. Полученные данные позволяют отслеживать динамику поглощения, транспорта и преобразования железа на субклеточном уровне.
Доктор Дук Тинь Кхонг из DiSTAP отметил: «Железо является незаменимым для роста и развития растений, однако контроль его уровней представлял сложную задачу. Этот сенсор впервые позволяет в реальном времени с высоким разрешением наблюдать как Fe(II), так и Fe(III), обеспечивая оптимальное поступление элемента и устойчивость сельскохозяйственных систем». Доктор Грейс Тан из Temasek Life Sciences Laboratory добавила: «Наблюдение за спецификацией железа без разрушительных методов открывает новые возможности для изучения метаболизма и разработки эффективных методов удобрения, способствующих повышению урожайности».
Профессор Дайсукэ Урано, старший научный руководитель TLL и DiSTAP, подчеркнул значимость сенсора для исследования метаболизма, транспорта питательных веществ и стрессовых реакций растений, что способствует снижению затрат, уменьшению негативного воздействия на окружающую среду и получению более питательных культур. Профессор Майкл Страно из MIT добавил: «Этот набор сенсоров дает доступ к важным сигналам в растениях, помогает выявлять дефицит питательных веществ и расширяет наше понимание механизмов адаптации к условиям окружающей среды».
Технология открывает перспективы не только для фундаментальных исследований в области растительной биологии и экологии, но и для применения в здравоохранении, где изучаются вопросы обмена железа и сопутствующих заболеваний. Дальнейшее развитие данной методики предполагает интеграцию сенсора в автоматизированные системы управления питательными веществами в гидропонном и традиционном земледелии, а также адаптацию технологии для определения других микроэлементов, что усилит возможности прецизионного сельского хозяйства.
Изображение носит иллюстративный характер
Устройство построено на основе одинарностенных углеродных нанотрубок, обернутых отрицательно заряженным флуоресцентным полимером, формирующим гелиальную структуру корональной фазы. Использование платформы Corona Phase Molecular Recognition, разработанной в лаборатории Страно в рамках SMART DiSTAP и MIT, обеспечивает высокую селективность и чувствительность сенсора.
Железо играет ключевую роль в процессах фотосинтеза, респирации и функционирования ферментов. При этом Fe(II) легко усваивается растениями, а Fe(III) требует предварительного преобразования. Традиционные методы определяют лишь суммарное содержание железа, что затрудняет диагностику дефицита или избытка элемента.
Технология позволяет проводить неразрушающее картирование распределения железа в тканях растений с высокой пространственной разрешающей способностью. Возможность обнаружения даже незначительных изменений в концентрациях элементов дает важные сведения о состоянии растений, способствуя оптимизации методов удобрения и снижению экологической нагрузки.
Наносенсор успешно испытан на шпинате и китайской капусте (bok choy), что демонстрирует его универсальность и применение без необходимости генной модификации. Полученные данные позволяют отслеживать динамику поглощения, транспорта и преобразования железа на субклеточном уровне.
Доктор Дук Тинь Кхонг из DiSTAP отметил: «Железо является незаменимым для роста и развития растений, однако контроль его уровней представлял сложную задачу. Этот сенсор впервые позволяет в реальном времени с высоким разрешением наблюдать как Fe(II), так и Fe(III), обеспечивая оптимальное поступление элемента и устойчивость сельскохозяйственных систем». Доктор Грейс Тан из Temasek Life Sciences Laboratory добавила: «Наблюдение за спецификацией железа без разрушительных методов открывает новые возможности для изучения метаболизма и разработки эффективных методов удобрения, способствующих повышению урожайности».
Профессор Дайсукэ Урано, старший научный руководитель TLL и DiSTAP, подчеркнул значимость сенсора для исследования метаболизма, транспорта питательных веществ и стрессовых реакций растений, что способствует снижению затрат, уменьшению негативного воздействия на окружающую среду и получению более питательных культур. Профессор Майкл Страно из MIT добавил: «Этот набор сенсоров дает доступ к важным сигналам в растениях, помогает выявлять дефицит питательных веществ и расширяет наше понимание механизмов адаптации к условиям окружающей среды».
Технология открывает перспективы не только для фундаментальных исследований в области растительной биологии и экологии, но и для применения в здравоохранении, где изучаются вопросы обмена железа и сопутствующих заболеваний. Дальнейшее развитие данной методики предполагает интеграцию сенсора в автоматизированные системы управления питательными веществами в гидропонном и традиционном земледелии, а также адаптацию технологии для определения других микроэлементов, что усилит возможности прецизионного сельского хозяйства.
