Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Lingkungan

Peneliti mengembangkan sensor nanobionik tanaman untuk memantau kadar arsenik dalam tanah – ScienceDaily


Ilmuwan dari Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP), sebuah Interdisciplinary Research Group (IRG) di Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), perusahaan penelitian MIT di Singapura, telah merekayasa jenis baru sensor optik nanobionik tanaman yang dapat mendeteksi dan memantau, secara waktu nyata, kadar arsenik logam berat yang sangat beracun di lingkungan bawah tanah. Perkembangan ini memberikan keuntungan yang signifikan dibandingkan metode konvensional yang digunakan untuk mengukur arsenik di lingkungan dan akan menjadi penting baik untuk pemantauan lingkungan dan aplikasi pertanian untuk menjaga keamanan pangan, karena arsenik merupakan kontaminan dalam banyak produk pertanian umum seperti beras, sayuran, dan daun teh. .

Pendekatan baru ini dijelaskan dalam makalah berjudul, “Sensor Nanobionik Tanaman untuk Deteksi Arsenik,” yang diterbitkan baru-baru ini di Material Lanjutan. Makalah ini dipimpin oleh Dr Tedrick Thomas Salim Lew, mahasiswa pascasarjana baru-baru ini dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) dan ditulis bersama oleh Michael Strano, co-lead peneliti utama DiSTAP dan Profesor Karbon P. Dubbs di MIT, juga. sebagai Minkyung Park dan Jianqiao Cui, keduanya Mahasiswa Pascasarjana di MIT.

Arsenik dan senyawanya merupakan ancaman serius bagi manusia dan ekosistem. Paparan arsenik jangka panjang pada manusia dapat menyebabkan berbagai efek kesehatan yang merugikan, termasuk penyakit kardiovaskular seperti serangan jantung, diabetes, cacat lahir, lesi kulit yang parah, dan berbagai jenis kanker termasuk pada kulit, kandung kemih, dan paru-paru. Peningkatan kadar arsenik dalam tanah sebagai akibat dari aktivitas antropogenik seperti penambangan dan peleburan juga berbahaya bagi tanaman, menghambat pertumbuhan dan mengakibatkan hilangnya tanaman secara substansial. Lebih mengganggu lagi, tanaman pangan dapat menyerap arsenik dari tanah, yang menyebabkan kontaminasi makanan dan produk yang dikonsumsi oleh manusia. Arsenik di lingkungan bawah tanah juga dapat mencemari air tanah dan sumber air bawah tanah lainnya, yang konsumsi jangka panjangnya dapat menyebabkan masalah kesehatan yang parah. Dengan demikian, mengembangkan sensor arsenik yang akurat, efektif, dan mudah digunakan penting untuk melindungi industri pertanian dan keamanan lingkungan yang lebih luas.

Sensor nano optik baru yang dikembangkan oleh SMART DiSTAP ini menunjukkan perubahan intensitas fluoresensi setelah mendeteksi arsenik. Tertanam di jaringan tanaman tanpa efek merugikan pada tanaman, sensor ini menyediakan cara non-destruktif untuk memantau dinamika internal arsenik yang diserap tanaman dari tanah. Integrasi sensor nano optik dalam tumbuhan hidup memungkinkan konversi tumbuhan menjadi detektor arsenik swadaya dari lingkungan alaminya, menandai peningkatan yang signifikan dari metode pengambilan sampel arsenik intensif waktu dan peralatan dari metode konvensional saat ini.

Penulis utama Dr Tedrick Thomas Salim Lew berkata, “Sensor nano nabati kami terkenal tidak hanya karena menjadi yang pertama dari jenisnya, tetapi juga untuk keuntungan signifikan yang diberikannya dibandingkan metode konvensional untuk mengukur kadar arsenik di lingkungan bawah tanah, yang membutuhkan lebih sedikit waktu. , peralatan, dan tenaga kerja. Kami membayangkan bahwa inovasi ini pada akhirnya akan digunakan secara luas dalam industri pertanian dan seterusnya. Saya berterima kasih kepada SMART DiSTAP dan Temasek Life Sciences Laboratory (TLL), yang keduanya berperan penting dalam menghasilkan ide, diskusi ilmiah sebagai serta pendanaan penelitian untuk pekerjaan ini. “

Selain mendeteksi arsenik pada beras dan bayam, tim juga menggunakan spesies pakis, Pteris cretica, yang dapat menyebabkan arsenik hiperakumulasi. Spesies pakis ini dapat menyerap dan mentolerir arsenik tingkat tinggi tanpa efek merugikan – merekayasa detektor arsenik nabati yang sangat sensitif, yang mampu mendeteksi konsentrasi arsenik yang sangat rendah, serendah 0,2 bagian per miliar (ppb). Sebaliknya, batas regulasi untuk detektor arsenik adalah 10 bagian per miliar. Khususnya, sensor nano baru juga dapat diintegrasikan ke dalam spesies tanaman lain. Ini adalah demonstrasi pertama yang berhasil dari sensor arsenik nabati hidup dan mewakili kemajuan terobosan yang dapat terbukti sangat berguna dalam penelitian pertanian (misalnya untuk memantau arsenik yang diambil oleh tanaman yang dapat dimakan untuk keamanan pangan), serta dalam pemantauan lingkungan secara umum .

Sebelumnya, metode konvensional untuk mengukur kadar arsenik meliputi pengambilan sampel lapangan secara teratur, pencernaan jaringan tanaman, ekstraksi dan analisis menggunakan spektrometri massa. Metode ini memakan waktu, memerlukan perlakuan sampel ekstensif, dan sering kali melibatkan penggunaan instrumentasi yang besar dan mahal. Metode baru SMART DiSTAP yang menggabungkan sensor nanopartikel dengan kemampuan alami tumbuhan untuk mengekstrak analit secara efisien melalui akar dan memindahkannya memungkinkan deteksi serapan arsenik pada tumbuhan hidup secara real-time dengan perangkat elektronik portabel dan murah, seperti platform Raspberry Pi portabel dilengkapi dengan kamera charge-coupled device (CCD), mirip dengan kamera smartphone.

Rekan penulis, DiSTAP co-lead Principal Investigator, dan Profesor MIT Michael Strano menambahkan, “Ini adalah perkembangan yang sangat menarik, karena, untuk pertama kalinya, kami telah mengembangkan sensor nanobionik yang dapat mendeteksi arsenik – kontaminan lingkungan yang serius dan potensi ancaman kesehatan masyarakat. Dengan segudang keunggulan dibandingkan metode pendeteksian arsenik yang lebih lama, sensor baru ini dapat menjadi pengubah permainan, karena tidak hanya lebih hemat waktu tetapi juga lebih akurat dan lebih mudah digunakan daripada metode yang lama. Ini juga akan membantu ilmuwan tanaman dalam organisasi seperti TLL untuk lebih memproduksi tanaman yang tahan penyerapan unsur-unsur beracun. Terinspirasi oleh upaya TLL baru-baru ini untuk menciptakan tanaman padi yang menggunakan lebih sedikit arsen, pekerjaan ini merupakan upaya paralel untuk lebih mendukung upaya SMART DiSTAP dalam penelitian ketahanan pangan , terus berinovasi dan mengembangkan kemampuan teknologi baru untuk meningkatkan kualitas dan keamanan pangan Singapura. “

Penelitian ini dilakukan oleh SMART dan didukung oleh National Research Foundation (NRF) Singapura di bawah program Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE).

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP