植物纳米传感器：Argus的创新设计

Harpreet Singh Sareen设计的Argus，实时监测水中重金属

Argus的设计灵感来自于弗林特水危机、新泽西学校的水问题、2019年3月奥斯汀的水质警告等事件。这些事件表明，通常在住宅或农田中发现杂质时，已经为时已晚，甚至可能导致致命后果。这是因为现在还不存在可以在河床上进行持续、廉价的监测方法。相比之下，Argus提供了一个无需电力、全天候的水质监测平台。

Argus的独特之处在于，它是一种活的植物，其叶子内部注入了纳米传感器，可以实时监测水中的重金属杂质。这些传感器的大小约为2纳米，注入叶子后，会停留在细胞间隙中。活的植物会持续地从环境中采样水分，以及随之而来的任何杂质。这种检测重金属毒性的方法是实时的，可以在15分钟到2小时内显示可见的输出，与当前的实验室方法形成鲜明对比。

Argus是通过DNA纳米传感器来检测水中的铅（Pb2重金属）。这种新颖的方法使得活的植物能够提供水中铅的光学读数。首先，使用DNA酶作为叶子内部的传感器试剂，这种双链DNA在接触Pb2时会断裂成单链，并与单壁碳纳米管结合。在引入Pb2离子后，荧光输出会被猝灭，这种减少与铅（II）浓度成正比。

Argus的设计挑战在于，目前并不存在可以实时监测铅毒性的现成传感器，样本测试通常需要1到2周的时间。植物内部的化学传感器也需要与数字世界建立连接。这种传感器方案不需要使用电力，因为它依赖于植物像电机一样的行为。这样的过程可以使其全天候地采样水分。

Argus是一种生物-混合植物，其叶子内部注入了纳米传感器，可以持续监测水中的重金属杂质。这些纳米级的化学传感器通过压力注射的方式注入叶子。这些传感器在植物的叶子上产生可见的光。Argus自然地从环境中采样水分，以及随之而来的任何杂质。当环境中的铅杂质与这些传感器接触时，荧光会被猝灭，以示环境中存在杂质。

Argus的设计在2021年获得了A' Cybernetics, Prosthesis and Implant Design Award的银奖。这个奖项是对顶级的、富有创意的、专业卓越的设计的认可，这些设计展示了出色的专业技术和创新能力，展示了卓越的水平，并引发了积极的情绪、惊奇和欣赏。