Les auteurs de science-fiction envisagent depuis longtemps des hybrides homme-machine dotés de pouvoirs extraordinaires. Cependant, Les "super plantes" avec des nanomatériaux intégrés peuvent être beaucoup plus proches de la réalité que les cyborgs. Aujourd'hui, les scientifiques rapportent le développement de plantes capables de fabriquer des nanomatériaux appelés cadres organométalliques (MOF) et l'application de MOF comme revêtements sur les plantes. Les plantes augmentées pourraient potentiellement remplir de nouvelles fonctions utiles, comme la détection de produits chimiques ou la récolte de lumière plus efficacement.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion et exposition nationale du printemps 2019 de l'American Chemical Society (ACS).

Selon le chercheur principal du projet, Joseph Richardson, Doctorat., les humains ont introduit des matières étrangères dans les plantes depuis des milliers d'années. "Un exemple de ceci est la teinture des fleurs, " dit-il. " Vous plongeriez une tige de fleur coupée dans un colorant, et le colorant serait absorbé par la tige et pénétrerait dans les pétales de la fleur, et puis vous verriez ces belles couleurs."

En raison de leurs réseaux vasculaires étendus, les plantes absorbent facilement l'eau et les molécules dissoutes dans les fluides. Cependant, il est plus difficile pour les matériaux plus gros et les nanoparticules telles que les MOF de pénétrer dans les racines. Ainsi Richardson et ses collègues de l'Université de Melbourne (Australie) se sont demandé s'ils pouvaient nourrir les plantes en précurseurs MOF, que les plantes absorberaient puis transformeraient en nanomatériaux finis.

Les MOF, qui sont constitués d'ions métalliques ou d'amas liés à des molécules organiques, forment des cristaux très poreux qui peuvent s'accumuler, stocker et libérer d'autres molécules, un peu comme une éponge. Les chimistes ont fait des milliers de MOF différents jusqu'à présent, avec des applications potentielles allant du stockage de l'hydrogène à l'absorption des gaz à effet de serre en passant par l'administration de médicaments dans le corps. Le fait que les plantes fabriquent de petites quantités de ces composés utiles dans leurs propres tissus pourrait leur donner de nouvelles capacités que l'on ne voit pas dans la nature.

Pour voir si les plantes pouvaient fabriquer des MOF, Richardson et ses collègues ont ajouté des sels métalliques et des liants organiques à l'eau, puis ont placé des boutures ou des plantes intactes dans la solution. Les plantes ont transporté les précurseurs dans leurs tissus, où deux types différents de cristaux MOF fluorescents se sont développés. Dans une expérience de preuve de concept, Les coupures de lotus produisant du MOF ont détecté de faibles concentrations d'acétone dans l'eau, comme le montre une diminution de la fluorescence des matériaux. Sur la base de ces résultats, Richardson prévoit d'explorer si les hybrides plante-MOF pourraient détecter des explosifs ou d'autres produits chimiques volatils, ce qui pourrait être utile pour la sécurité des aéroports.

En plus de faire fabriquer des MOF par les usines, les matériaux finis pourraient être utilisés comme revêtement sur les plantes pour les aider à convertir les rayons ultraviolets (UV) nocifs en lumière plus utile pour la photosynthèse. "Alors que nous envisageons de faire pousser des cultures dans l'espace ou sur Mars où vous n'avez pas d'atmosphère et êtes bombardé de rayons UV, quelque chose comme ça pourrait être utile, " dit Richardson. " C'est parce qu'il protège non seulement les plantes des rayons UV, mais il les transforme aussi en énergie utile. D'autant plus qu'on s'éloigne du soleil, il est plus difficile de capturer toute la lumière dont vous auriez besoin pour la photosynthèse."

Les chercheurs ont déjà commencé à examiner les capacités protectrices des nanomatériaux, et les données préliminaires sont prometteuses. L'équipe a recouvert des coupures de chrysanthème et de nénuphar avec des MOF luminescents, puis a exposé les plantes à la lumière UVC pendant trois heures. Par rapport aux coupures non enduites, les plantes avec MOF ont montré moins de flétrissement et de blanchissement.

Maintenant, Richardson fait équipe avec des biologistes végétaux pour étudier les effets des MOF sur la croissance des plantes. Jusque là, ils n'ont remarqué aucune toxicité des nanomatériaux. Les chercheurs veulent également explorer si les MOF pourraient réellement aider les plantes à mieux pousser, qui peuvent conduire à des applications en agriculture.