植物葉片是多環(huán)芳烴等空氣污染物的主要富集部位，根部對于二硝基苯和二硝基甲苯等有機污染物具有顯著的富集作用。10 nm以下的納米顆粒和植物蛋白或大分子的尺寸相當，受植物啟發(fā)的納米仿生學旨在通過納米顆粒和植物的相互作用賦予植物新的功能，譬如空氣、土壤或地下水中污染物的傳感檢測和通訊。
有鑒于此，Wong等人發(fā)現(xiàn)，通過對菠菜進行納米仿生改造，可以對常規(guī)地下水中污染物實現(xiàn)智能預富集和自動進樣功能，并可以作為紅外通訊平臺，將監(jiān)測信息傳遞到智能手機。
圖1. 納米仿生改造的活體植物監(jiān)測硝基芳香化合物并進行紅外通訊
這種納米仿生的活體植物包括一對近紅外熒光納米傳感器：1）和多肽Bombolitin II連接的SWCNT，通過紅外熒光激發(fā)來識別硝基芳香物。2）PVA修飾的SWCNT包埋于葉肉中，作為固定的參比信號。
當土壤中的硝基芳香物被植物根部吸收并傳遞到葉片組織，會在葉肉中富集，導致激發(fā)信號強度的變化。對包埋于葉肉中的SWCNT傳感器實時監(jiān)測計算結果表明，污染物在根部、桿部的停留時間約為8.3 min mm-1，葉部的停留時間約為1.9 min mm-1。
總之，這項研究證明了利用納米技術改造野生植物，用于監(jiān)測地下水并傳遞信號到電子設備的可行性。
圖2. 納米仿生改造的菠菜檢測苦味酸
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Min Hao Wong, Michael S. Strano et al. Nitroaromatic detection and infrared communication from wild-type plants using plant nanobionics. Nature Materials 2016.
