Bằng cách ép các ống nano carbon vào những chiếc lá, các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT-Mỹ) đã biến đổi cây cải bó xôi thành cảm biến sinh học có thể phát hiện thành phần chất nổ và truyền thông tin không dây đến một thiết bị di động (ảnh).

Đây là nghiên cứu đầu tiên chứng minh khả năng tích hợp các hệ thống điện tử vào cây, phương pháp được gọi là "nano sinh học thực vật". Nó cũng là một minh chứng mới cho thấy chúng ta có thể vượt qua rào cản giao tiếp giữa cây và người – theo Giáo sư Michael Strano, người tin rằng sức mạnh của cây cối cũng có thể được khai thác để cảnh báo các chất ô nhiễm và điều kiện môi trường, chẳng hạn như hạn hán.

Công bố trên tạp chí Vật liệu Tự nhiên (Nature Materials) mới đây, Giáo sư kỹ thuật hóa học Strano – trưởng nhóm nghiên cứu – và cộng sự cho biết họ đã tiêm dung dịch chứa các phân tử nano vào mặt dưới của lá cây để chúng thấm vào thịt lá (diệp nhục), nơi diễn ra phần lớn quá trình quang hợp. Các hạt nano này được thiết kế để phát hiện nhiều loại phân tử khác nhau, gồm hydrogen peroxide, thuốc nổ TNT và chất độc thần kinh sarin. Khi bám vào lớp polymer bao quanh ống nano carbon, các phân tử độc hại sẽ làm thay đổi tính chất phát sáng huỳnh quang của vật liệu.

Trong thí nghiệm minh họa trên cải bó xôi (được chọn làm đối tượng nghiên cứu vì ưu điểm phổ biến), các hạt nano hoạt động như các cảm biến nhận biết hợp chất hóa học nitroaromatic – thường được dùng trong mìn và các thiết bị nổ khác – ở trong nước ngầm mà rễ cây hút lên. Cây mất khoảng 10 phút để đưa các phân tử nitroaromatic từ rễ lên lá và chạm tới các cảm biến. Ngay khi phát hiện có nitroaromatic, các ống nano carbon ở lá phát ra tín hiệu huỳnh quang mà camera hồng ngoại dễ dàng thu được. Các kỹ sư đã kết nối camera này với máy tính siêu nhỏ Raspberry Pi (35 USD) và cài chức năng gửi mail, cho phép nó gửi thông tin cho họ khi nhận thấy có nitroaromatic. Hiện hệ thống cho phép các kỹ sư thu tín hiệu ở cây từ khoảng cách 1 mét nhưng họ đang tìm cách gia tăng khoảng cách này. Họ cho biết máy tính Raspberry Pi cũng có thể được thay thế bằng điện thoại thông minh nhưng cần bỏ bộ lọc hồng ngoại trong camera.

Được biết trước đó, các chuyên gia tại MIT từng nghiên cứu kỹ thuật đánh hơi bom tương tự bằng cách sử dụng các ống nano carbon và nọc độc của ong, nhưng thực vật có những lợi thế riêng. "Cây cối là các "nhà hóa học" có khả năng phân tích rất tốt. Chúng sở hữu bộ rễ rộng lớn trong đất, liên tục lấy mẫu nước ngầm và có cách riêng để đưa nước lên lá" - Giáo sư Strano giải thích.

Cây cối cũng rất giỏi trong việc giám sát môi trường vì chúng "hiểu biết" môi trường nhiều hơn con người, chẳng hạn như biết sắp xảy ra hạn hán trước chúng ta rất lâu, nhờ khả năng phát hiện những thay đổi nhỏ trong đặc tính của đất và nước. Chuyên gia Min Hao Wong, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết các cảm biết tích hợp sẽ cung cấp thông tin từ cây theo thời gian thực. Nếu áp dụng vào "nông nghiệp chính xác" – tức ngành nông nghiệp sử dụng cảm biến và các thuật toán thông minh để tạo điều kiện sinh trưởng tối ưu cho cây trồng – những thông tin này có thể tác động trực tiếp tới sản lượng và lợi nhuận của nhà nông.

Xa hơn nữa, các cảm biến "nano sinh học thực vật" được cho có tiềm năng giúp các nhà thực vật hiểu rõ hoạt động bên trong của cây, giám sát "sức khỏe" của chúng và gia tăng tối đa hàm lượng các hợp chất quý hiếm mà cây tổng hợp được, chẳng hạn như cây dừa cạn (Madagascar Periwinkle, tên khoa học Catharanthus) tạo ra dược liệu dùng để chữa ung thư. Các nhà khoa học tin rằng họ có thể áp dụng kỹ thuật "nano sinh học thực vật" cho nhiều loài cây khác.

HẠNH NGUYÊN (Theo MIT, Newatlas, Live Science)