Cấy ghép điện tử sinh học tăng cường sức chịu đựng của cây trồng

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu tập trung chủ yếu vào những ứng dụng chăm sóc sức khỏe, trong đó các thiết bị điện tử có kích thước tối thiểu được tích hợp vào cơ thể con người nhằm thực hiện một chức năng cụ thể, theo dõi quá trình sinh lý, chẩn đoán bệnh hoặc sửa chữa mô bị tổn thương. Những ứng dụng này mở ra những phương thức mới giải quyết nhiều vấn đề y tế phức tạp.

Một ví dụ thường được sử dụng là cấy ghép y sinh, một số thậm chí có thể được đưa vào cơ thể bằng ăn uống, được thiết kế để tự hủy đi sau khi hoàn thành sứ mệnh. Đây là một công nghệ y sinh điện tử rất hấp dẫn, xuất hiện từ các hoạt động nghiên cứu điện tử sinh học. Điều này không chỉ đảm bảo thiết bị chỉ có thể ở trong cơ thể chỉ trong thời gian điều trị bệnh lý, mà còn dẫn đến việc không cần thiết phải thực hiện những phẫu thuật đầy rủi ro để loại bỏ thiết bị khi không cần thiết.

Sơ đồ thiết bị cấy ghép điện tử - sinh học. Ảnh Advanced Science News

Trong giai đoạn hiện nay, để đối phó với những biến động môi trường, các nhà khoa học đang nghiên cứu khám phá khả năng mở rộng ứng dụng điện tử sinh học cho các sinh vật khác - thực vật. Kỹ thuật phát triển thực vật có khả năng chịu đựng áp lực môi trường cao do điều kiện thời tiết khắc nghiệt như hạn hán, trở nên đặc biệt quan trọng do tác động của sự biến đổi khí hậu.  

TS Eleni Stavrinidou, người lãnh đạo phân nhóm Cây điện tử ( Điện tử - Thực vật ) thuộc Phòng thí nghiệm Điện tử hữu cơ tại Đại học Linköping, Thụy Điển, là nghiên cứu tiên phong trong lĩnh vực thực vật điện tử này. Trong một bài viết về nghiên cứu khoa học, được đăng trên tờ Small, đã giới thiệu một thiết bị mới, được thiết kế để đưa axit abscisic phytohormone (ABA) vào cây thuốc lá, nghiên cứu thực đầu tiên về một thiết bị điện sinh học cấy ghép trong thực vật.

ABA là một phân tử sinh học lớn, một trong những hormon chính thực hiện chức năng điều chỉnh phản ứng của thực vật đối với áp lực tự nhiên, kích hoạt đóng kín các khí khổng (lỗ thở) của cây trong điều kiện khô hạn nhằm hạn chế sự mất nước. Khí khổng đóng một vai trò quan trọng trong quang hợp bằng phương thức điều chỉnh quá trình trao đổi khí.

Một thiết bị bơm ion điện tử hữu cơ (c-OEIP) do nhóm nghiên cứu của TS Eleni phát triển có khả năng thẩm thấu tối thiểu vào thực vật, đưa ABA điện tử vào trong màng apoplast của lá cây, kích hoạt đóng kín của khí khổng.

Các thiết bị bơm OEIP thông thường có kích thước lớn và sử dụng mô hình mặt phẳng nên cản trở việc cấy ABA vào mô mềm, nhưng thiết bị thu nhỏ này được phát triển từ sợi mao mạch thủy tinh, giảm kích thước thiết bị và đơn giản hóa trong quá trình chế tạo.

TS Stavrinidou nhấn mạnh, công trình này mở đường cho việc phát triển các thiết bị điện sinh học như là công cụ đa dụng, linh hoạt cho sinh học, cho phép sử dụng các thiết bị điện sinh học không chỉ trong y sinh mà còn trong nông nghiệp và lâm nghiệp.

Đạt được sự phân phối có kiểm soát của các phân tử tín hiệu kích thích, có năng lực động lớn hơn, độ phân giải đơn bào là thách thức tiếp theo mà nhóm các nhà khoa học tiếp tục trong nghiên cứu này.