Cây xanh từ lâu được biết đến với nhiều chức năng, bao gồm cung cấp thực phẩm, nhiên liệu, sản xuất khí ôxy và làm đẹp cảnh quan. Giờ đây, các chuyên gia thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT-Mỹ) còn muốn cây xanh có thêm nhiều ứng dụng hữu ích khác, như tăng cường sản xuất năng lượng và giám sát chất ô nhiễm trong môi trường, bằng cách “gia cố” chúng bằng các vật liệu nano.

Cải xoong có thể trở thành cảm biến hóa chất khi được “gia cố” các ống nano carbon. Ảnh: Science Daily

Theo Giáo sư Michael Strano – trưởng nhóm nghiên cứu – tiềm năng công nghệ ở thực vật là vô tận bởi ngoài khả năng thích ứng, tồn tại được trong điều kiện khắc nghiệt, chúng còn có thể ổn định môi trường xung quanh, tự cung cấp nguồn nước và năng lượng. Được biết, ý tưởng về cảm biến thực vật xuất phát từ dự án phát triển pin năng lượng Mặt trời tự khôi phục dựa trên mô hình tế bào thực vật của Giáo sư Strano. Trong nghiên cứu sau đó, nhóm các nhà khoa học bắt đầu thử nghiệm tăng cường chức năng quang hợp của lục lạp tách từ thực vật để sử dụng trong pin năng lượng Mặt trời.

Lục lạp là một trong 3 dạng lạp thể có trong các tế bào mang chức năng quang hợp ở thực vật. Đặc biệt, lục lạp có thể thực hiện phản ứng này khi bị tách khỏi cây, nhưng chỉ vài giờ sau chúng lại bị phân hủy bởi ánh sáng Mặt trời và khí oxy. Để kéo dài vòng đời của lục lạp, nhóm chuyên gia đã đưa các hạt nano xeri oxit (CeO2) có tính kháng ôxy hóa rất mạnh vào tế bào nào bằng kỹ thuật Xâm nhập lớp màng trao đổi lipid (LEEP). Kết quả là mật độ phân tử bị hư hại ở các hạt lục lạp này đã giảm một cách đáng kể.

Áp dụng kỹ thuật trên, các nhà nghiên cứu sau đó cấy các ống nano carbon có tính bán dẫn được bao phủ bởi phân tử ADN tích điện âm vào trong lục lạp. Thông thường, thực vật chỉ sử dụng khoảng 10% ánh sáng Mặt trời, nhưng các ống nano carbon có thể hoạt động như “trạm thu nhân tạo” cho phép chúng hấp thụ những bước sóng ánh sáng nằm ngoài khả năng của chúng, như tia cực tím, tia xanh lá và tia hồng ngoại tầm gần. Kết quả thử nghiệm cho thấy lục lạp chứa các hạt nano CeO2 và ống nano có khả năng quang hợp nhiều hơn 49% so với lục lạp không chứa ống nano.

Nhóm nghiên cứu sau đó chọn cây Arabidopsis thaliana – một loại cải xoong thường được dùng trong các nghiên cứu – để thực nghiệm kỹ thuật mới trên thực vật còn sống. Họ đưa các phân tử nano vào mặt dưới của lᖠnơi cây hấp thụ khí CO2 (và nhả khí ôxy ở mặt còn lại). Kết quả cho thấy, khả năng quang hợp ở cây cải xoong tăng lên khoảng 30%. Đặc biệt, các chuyên gia còn chứng minh được họ có thể biến cây cải xoong thành các cảm biến hóa chất bằng cách cấy cho chúng các ống nano carbon giúp phát hiện khí oxit nitric (NO), một chất ô nhiễm có nhiều trong khói xe hoặc khói thải ra từ các nhà máy.

Từ kết quả khả quan như trên, nhóm nghiên cứu hy vọng trong tương lai có thể sử dụng cây xanh như một thiết bị cảm biến để giám sát tình trạng ô nhiễm môi trường, phơi nhiễm nấm, vi khuẩn độc hại hoặc đo nồng độ thuốc trừ sâu.

ĐƯỜNG THẤT (Theo Science Daily)