用于检测植物激素的纳米传感器

来自新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟 (SMART) 的颠覆性和可持续农业精准技术 (DiSTAP) 跨学科研究小组 (IRG)、麻省理工学院在新加坡的研究企业以及淡马锡生命科学实验室 (TLL) 的当地合作者和南洋理工大学 (NTU) 开发出首个纳米传感器，能够快速测试合成植物生长素激素。与用于测试植物对除草剂等化合物的反应的现有技术相比，新型纳米传感器更安全、更简单，并且可以在改善农业生产和我们对植物生长的理解方面产生变革性作用。

科学家们为两种植物激素——1-萘乙酸 (NAA) 和 2,4-二氯苯氧基乙酸 (2,4D) 设计了传感器——它们分别广泛用于农业调节植物生长和作为除草剂。目前检测 NAA 和 2,4D 的方法会对植物造成损害，并且无法提供实时的体内监测和信息。

基于 SMART DiSTAP 的 Strano 实验室和麻省理工学院 (MIT) 首创的电晕相分子识别 (CoPhMoRe) 概念，新型传感器能够快速检测活植物中 NAA 和 2,4D 的存在速度，实时提供植物信息，不会造成任何伤害。该团队已成功地在多种日常作物(包括白菜、菠菜和水稻)上通过土壤、水培和植物组织培养等各种种植介质对这两种传感器进行了测试。

发表在著名期刊ACS Sensors 上的一篇题为“使用电晕相分子识别对植物中合成生长素进行纳米传感器检测”的论文中解释说，该研究可以促进合成生长素在农业中的更有效利用，并具有推进植物生物学研究的巨大潜力。

“我们的 CoPhMoRe 技术以前曾被用于检测过氧化氢等化合物和砷等重金属污染物——但这是 CoPhMoRe 传感器的第一个成功案例，用于检测调节植物生长和生理的植物激素，例如喷雾以防止过早开花和落果，”DiSTAP 联合首席研究员 Michael Strano 教授和麻省理工学院化学工程教授 Carbon P. Dubbs 说，他是麻省理工学院 Strano 实验室的负责人。“这项技术可以取代目前最先进的费力、破坏性和不安全的传感方法。”

在研究团队开发的两个传感器中，2,4D 纳米传感器还显示出检测除草剂敏感性的能力，使农民和农业科学家能够快速找出不同植物对除草剂的脆弱性或抗性，而无需监测作物或杂草几天的增长。DiSTAP 和 TLL 首席研究员 Rajani Sarojam 博士说：“这对于揭示 2,4D 在植物中的作用机制以及作物产生除草剂抗性的原因可能非常有益。”

“我们的研究可以帮助行业更好地了解植物生长动态，并有可能彻底改变行业筛选除草剂抗性的方式，无需在几天内监测作物或杂草的生长情况，”Mervin Chun-Yi 博士说DiSTAP 的研究科学家 Ang。“它可以应用于各种植物物种和种植介质，并且可以很容易地用于快速除草剂敏感性测试的商业设置，例如城市农场。”

NTU 教授 Mary Chan-Park Bee Eng 说：“使用纳米传感器进行植物检测无需大量的提取和纯化过程，从而节省了时间和金钱。他们还使用成本非常低的电子设备，这使得它们很容易适应商业环境.”

该团队表示，他们的研究可以为未来开发实时纳米传感器，用于活植物中其他动态植物激素和代谢物。

这项研究的纳米传感器、光学检测系统和图像处理算法的开发由 SMART、NTU 和 MIT 完成，而 TLL 验证了纳米传感器并提供了植物生物学和植物信号机制的知识。该研究由 SMART 进行，并由 NRF 在其卓越研究和技术企业校园 (CREATE) 计划下提供支持。

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