Biljke koje šalju elektroničku poštu zvuče poput koncepta iz znanstveno-fantastičnog filma smještenog u daleku budućnost. No, znanstvenicima s Massachusetts Institute of Technology (MIT) prije pet godina upravo je to pošlo za rukom. Tada je tim koji je vodio dr. Michael Strano u časopisu Nature Materials objavio studiju koja je pokazala da špinat, koji slovi kao superhrana, može poslužiti i kao detektor eksploziva. Ta je studija ponovno pobudila pozornost javnosti kada je nedavno Michael Strano dao intervju za Euronews ističući važnost biljne nanobionike, odnosno primjenu nanotehnologije kod biljaka.

Što je nanotehnologija?

Termine nanoznanost (prefiks nano označava milijarditi dio metra) i nanotehnologija skovao je 1974. godine japanski znanstvenik Norio Taniguchi (1912.- 1999.), podrazumijevajući pod tim rad strojevima manjim od jednog mikrona (milijunti dio metra).

No, o minijaturnim strojevima, molekulskih veličina, maštao je još i nobelovac Richard Feynman (1918. - 1988.), jedan od najpoznatijih fizičara 20. stoljeća. On je 1959. godine na sastanku Američkog fizikalnog društva tumačio osnovne probleme manipuliranja i kontrole na maloj skali veličina na primjeru zapisivanja i čitanja podataka na što manjim površinama.

- U srcu materije je veliki prostor - rekao je tada Feynman, ističući da ne postoje prepreke da se primjerice Encyclopedia Britannica zapiše na površinu glave pribadače.

Ipak, pravim ocem nanotehnologije smatra se Eric Drexler (65), autor kultne knjige "Engines of Creation" iz 1986. godine.

- Želimo napraviti uređaje koje ćemo ubaciti u ljudske stanice - rekao je tada Eric Drexler. Njegova knjiga "Engines of Creation" objavljena je iste godine kada su njemački znanstvenici Gerd Binning i Heinrich Rohrer dobili Nobelovu nagradu za fiziku za svoje epohalno postignuće iz 1981. godine. Binning i Rohrer su konstruirali skenirajući tunelirajući mikroskop (STM) koji omogućava da vidimo pojedinačne atome, što je dalo ključni zamah razvoju nanotehnologije.

Gdje je najveća primjena nanotehnologije?

Gotovo da nema područja u kojemu nanotehnologija ne nalazi primjenu: biomedicina, elektronička industrija, energetika, zaštita okoliša, u razvoju novih materijala. Jedan od takvih novih materijala jest grafen, oblik ugljika debljine jednog atoma. Za otkriće grafena 2010. godine dodijeljena je Nobelova nagrada za fiziku Andreju Gejmu i Konstantinu Novosjolovu, koji su taj materijal izdvojili iz grafita. Kao materijal iznimne otpornosti, vodljivosti i savitljivosti, grafen ima iznimni potencijal u proizvodnji potrošačke elektronike, astronautike, transporta, računalnih tehnologija, pa čak i odjevnih predmeta.

Svakako je važna primjena nanotehnologije u biologiji i medicini. Tim znanstvenika Sveučilišta u Manchesteru razvio je 2017. godine prvog molekularnog robota čija ruka može manipulirati pojedinim molekulama ili ih premjestiti u klastere. Iako je nevjerojatno malen, manji od zrna soli, taj robot ima izvanredne mogućnosti, poput rada u malim molekularnim tvornicama za proizvodnju novih generacija materijala i proizvoda. Profesor David Leigh koji je predvodio tim znanstvenika objasnio je da robot reagira na niz jednostavnih naredbi koje su programirane kemijskim inputima znanstvenika, što je slično načinu korištenja robota na proizvodnoj liniji automobila. Baš poput robota u tvornici, njihov molekularni robot može se programirati na različite načine, ali u mnogo manjem opsegu i to na molekularnoj razini.

Nanotehnologija je našla svoju primjenu i u razvoju cjepiva protiv covida-19. Primjerice, cjepivo Comirnaty, koji su razvili njemačka biotehnološka kompanija BioNTech i američki farmaceutski div Pfizer, zasniva se na principu da se mRNA (kratica za glasničku ribonukleinsku kiselinu) za S (spike) protein koronavirusa upakira u lipidne nanočestice koje osiguravaju ubacivanje virusnog gena u stanicu.

Što je biljna nanobionika?

Riječ je o području nanoznanosti posvećeno ugrađivanju nanočestica ili nanostruktura u biljke pružajući im tako brojne mogućnosti, posebice u zaštiti okoliša i borbi protiv klimatskih promjena. Jedan od pionira na tom području je prof. Michael Strano s MIT-a. On i njegovi kolege ugradili su male senzore izrađene od ugljikovih nanocjevčica u lišće špinata kako bi mogli otkriti nitroaromatske spojeve koji se često nalaze u eksplozivima. Biljkama špinata treba samo 10 minuta da dovede vodu u svoje lišće i odredi nalaze li se u njoj nitroaromatici. Jednom kada je korijen špinata došao u kontakt s tim spojevima, senzori u lišću poslali su fluorescentni signal koji je detektirala infracrvena kamera pričvršćena na malo računalo. Ono je znanstvenicima poslalo upozorenje e-mailom.

- Biljke su vrlo dobri analitički kemičari. Imaju široku mrežu korijenja u tlu, neprestano uzimaju uzorke podzemne vode i mogu same pokrenuti transport te vode u lišće. Ovo je novi dokaz da smo uspjeli prevladati komunikacijsku barijeru između biljke i čovjeka - rekao je Strano za Euronews. Iako je svrha istraživanja bila otkrivanje eksploziva, znanstvenici su uvjereni da bi se mogao koristiti i kao upozorenje istraživačima o zagađenju okoliša i drugim promjenama. Naime, s obzirom na to da biljke upijaju velike količine podataka iz svoje okoline, idealne su za praćenje okolišnih promjena. Strano je u ranim fazama istraživanja koristio nanočestice kako bi biljke pretvorio u senzore za tvari koje djeluju kao onečišćivači okoliša.

- Biljke vrlo ekološki reagiraju. Znaju da će doći do suše mnogo prije nego što to učinimo. Oni mogu otkriti male promjene u svojstvima tla i vode. Ako uđemo u te kemijske signalne putove, bit će nam dostupno mnoštvo informacija - rekao je Michal Strano.

Također na MIT-u, znanstvenici su razvili biljke s pojačanim fotosintetskim sposobnostima ugrađujući nanostrukture u biljne stanice. To im je omogućilo ne samo da apsorbiraju 30 posto više energije od sunčeve svjetlosti, već i da otkrivaju onečišćujuće tvari. Upravo je to jedan od ciljeva nanobionike: osmisliti senzore koji bi nam, ugrađeni u biljke, mogli omogućiti alternativno i učinkovito nadgledanje upotrebe pesticida, otkrivanje infekcija uslijed gljivica ili bakterijskih toksina itd.

Što je scenarij sivog mulja?

Otac nanotehnologije Eric Drexler u svojoj je knjizi "Engines of Creation" spomenuo tzv. grey goo scenarij (scenarij sivog mulja). Riječ je o hipotetskom scenariju u kojemu bi se minijaturni roboti, tzv. nanoboti oteli kontroli, "požderali" materiju i sve pretvorili u beživotni sivi mulj. Scenarij "grey goo" bio je i inspiracija za SF roman "Plijen" Michaela Crichtona. Ipak, istraživanja nanočestica i njihovo korištenje na različitim područjima opsežno se regulira, kako u EU, tako i u ostatku svijeta. Primjerice, 2015. Europski parlament je izglasao direktivu o tzv. novoj hrani koja uređuje i stavljanje na tržište prehrambenih proizvoda dobivenih nanotehnologijom.