p Cientistas da Disruptive &Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP), um Grupo de Pesquisa Interdisciplinar (IRG) na Aliança para Pesquisa e Tecnologia de Cingapura-MIT (SMART), Empresa de pesquisa do MIT em Cingapura, desenvolveram um novo tipo de sensor óptico nanobiônico de planta que pode detectar e monitorar, em tempo real, níveis de arsênico de metal pesado altamente tóxico no ambiente subterrâneo. Este desenvolvimento oferece vantagens significativas sobre os métodos convencionais usados ​​para medir o arsênio no meio ambiente e será importante para o monitoramento ambiental e aplicações agrícolas para salvaguardar a segurança alimentar. como o arsênico é um contaminante em muitos produtos agrícolas comuns, como o arroz, legumes, e folhas de chá. p Esta nova abordagem é descrita em um artigo intitulado, "Planta Nanobionic Sensors for Arsenic Detection, "publicado recentemente em Materiais avançados . O jornal foi liderado pelo Dr. Tedrick Thomas Salim Lew, um estudante recém-graduado do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e coautor de Michael Strano, co-investigador principal do DiSTAP e do professor Carbon P. Dubbs do MIT, bem como Minkyung Park e Jianqiao Cui, ambos alunos de pós-graduação no MIT.

p O arsênico e seus compostos são uma séria ameaça aos seres humanos e aos ecossistemas. A exposição de longo prazo ao arsênico em humanos pode causar uma ampla gama de efeitos prejudiciais à saúde, incluindo doenças cardiovasculares, como ataque cardíaco, diabetes, defeitos de nascença, lesões cutâneas graves, e vários cânceres, incluindo os da pele, bexiga, e pulmão. Níveis elevados de arsênio no solo como resultado de atividades antrópicas, como mineração e fundição, também são prejudiciais às plantas, inibindo o crescimento e resultando em perdas substanciais da colheita. Mais preocupante, as safras de alimentos podem absorver o arsênico do solo, levando à contaminação de alimentos e produtos consumidos por humanos. O arsênico em ambientes subterrâneos também pode contaminar as águas subterrâneas e outras fontes de água subterrâneas, cujo consumo a longo prazo pode causar graves problemas de saúde. Como tal, desenvolvimento preciso, eficaz, e sensores de arsênio fáceis de implantar são importantes para proteger a indústria agrícola e a segurança ambiental mais ampla.

p Esses novos nanosensores ópticos desenvolvidos pela SMART DiSTAP exibem mudanças em sua intensidade de fluorescência após a detecção de arsênio. Incorporado em tecidos vegetais sem efeitos prejudiciais sobre a planta, esses sensores fornecem uma maneira não destrutiva de monitorar a dinâmica interna do arsênio absorvido pelas plantas do solo. Esta integração de nanosensores ópticos dentro de plantas vivas permite a conversão de plantas em detectores autoalimentados de arsênico de seu ambiente natural, marcando uma atualização significativa dos métodos de amostragem de arsênio intensivos em tempo e equipamentos dos métodos convencionais atuais.

p O autor principal, Dr. Tedrick Thomas Salim Lew, disse:"Nosso nanossensor baseado em plantas é notável não apenas por ser o primeiro de seu tipo, mas também pelas vantagens significativas que confere sobre os métodos convencionais de medição dos níveis de arsênio no ambiente subterrâneo, exigindo menos tempo, equipamento, e mão de obra. Prevemos que essa inovação acabará tendo amplo uso na indústria agrícola e além. Sou grato ao SMART DiSTAP e ao Temasek Life Sciences Laboratory (TLL), ambos foram instrumentais na geração de ideias, discussão científica, bem como financiamento de pesquisa para este trabalho. "

p Além de detectar arsênico em arroz e espinafre, a equipe também usou uma espécie de samambaia, Pteris cretica, que pode hiperacumular o arsênico. Esta espécie de samambaia pode absorver e tolerar altos níveis de arsênico sem nenhum efeito prejudicial - projetando um detector de arsênio baseado em planta ultrassensível, capaz de detectar concentrações muito baixas de arsênio, tão baixo quanto 0,2 partes por bilhão (ppb). Em contraste, o limite regulamentar para detectores de arsênio é de 10 partes por bilhão. Notavelmente, os novos nanosensores também podem ser integrados em outras espécies de plantas. Esta é a primeira demonstração bem-sucedida de sensores baseados em plantas vivas para o arsênio e representa um avanço inovador que pode ser altamente útil em ambas as pesquisas agrícolas (por exemplo, para monitorar o arsênio absorvido por culturas comestíveis para segurança alimentar), bem como no monitoramento ambiental geral.

p Anteriormente, métodos convencionais de medição dos níveis de arsênio incluem amostragem de campo regular, digestão do tecido vegetal, extração e análise por espectrometria de massa. Esses métodos são demorados, requer tratamento extensivo da amostra, e muitas vezes envolvem o uso de instrumentação volumosa e cara. O novo método SMART DiSTAP de acoplar sensores de nanopartículas com a capacidade natural das plantas de extrair analitos de forma eficiente através das raízes e transportá-los permite a detecção da absorção de arsênio em plantas vivas em tempo real com dispositivos portáteis, eletrônicos baratos, como uma plataforma portátil Raspberry Pi equipada com uma câmera de dispositivo de carga acoplada (CCD), semelhante a uma câmera de smartphone.

p Coautor, DiSTAP co-líder investigador principal, e o professor Michael Strano do MIT acrescentou, "Este é um desenvolvimento extremamente empolgante, Como, pela primeira vez, desenvolvemos um sensor nanobiônico que pode detectar arsênico - um contaminante ambiental sério e potencial ameaça à saúde pública. Com suas inúmeras vantagens sobre os métodos mais antigos de detecção de arsênio, este novo sensor pode mudar o jogo, pois não é apenas mais eficiente em termos de tempo, mas também mais preciso e fácil de implantar do que os métodos mais antigos. Também ajudará os cientistas de plantas em organizações como a TLL a continuar a produzir safras que resistem à absorção de elementos tóxicos. Inspirado pelos esforços recentes da TLL para criar safras de arroz que consomem menos arsênico, este trabalho é um esforço paralelo para apoiar ainda mais os esforços da SMART DiSTAP na pesquisa de segurança alimentar, constantemente inovando e desenvolvendo novas capacidades tecnológicas para melhorar a qualidade e segurança dos alimentos de Cingapura. "