DE102021209448B4

DE102021209448B4 - Verfahren zum Erfassen von von einer Pflanze freigesetzten Stoffen und Medium für eine Pflanze

Info

Publication number: DE102021209448B4
Application number: DE102021209448.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Kruss
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2041-08-28
Also published as: DE102021209448A1

Abstract

Verfahren (100) zum Erfassen von von einer Pflanze (5) freigesetzten Stoffen unter Verwendung von funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhrchen, (CNTs, 12),wobei die CNTs (12) mit Polyethylenglykol-Phospholipid, PL-PEG, funktionalisiert sind,wobei das Erfassen der freigesetzten Stoffe außerhalb der Pflanze in einem Medium (10), in welchem die Pflanze wurzelt und welches die CNTs (12) aufweist, durchgeführt wird,wobei die CNTs (12) eine Fluoreszenz aufweisen, wobei sich die Fluoreszenz abhängig von einer Wechselwirkung der CNTs (12) mit den freigesetzten Stoffen ändert, undwobei das Verfahren (100) ein Messen (120) der Fluoreszenz aufweist.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Erfassen von von einer Pflanze freigesetzten Stoffen. Weitere Ausführungsbeispiele betreffen ein Medium für eine Pflanze, oder ein Pflanzmedium oder Kulturmedium. Einige Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zur Detektion von Pflanzenmetaboliten mit optischen Nanosensoren.
Methoden zum Untersuchen oder zum Screening und zur Phänotypisierung von Pflanzensorten gewinnen in der Agrarindustrie immer mehr an Bedeutung, beispielsweise als Teil von Strategien zur Bewältigung der Lebensmittelkrise wie „Precision Farming“ und „Smart Farming“.
Ferner werden neue analytische Methoden zum Verständnis der inter- und/oder intraspezifischen chemischen Kommunikation von Pflanzen benötigt. Es wurden bereits Moleküle wie Wasserstoffperoxid oder verschiedene Polyphenole als Stoffwechselprodukte oder Stressindikatoren bei Pflanzen identifiziert, die beispielsweise bei Verletzung durch Pflanzenfresser, durch Reifungsprozesse oder gezielte externe Stimulation freigesetzt werden. Methoden zur differenzierten Detektion beschränken sich derzeit allerdings auf relativ zeitaufwendige Verfahren, denen eine Probenentnahme und -Aufbereitung vorangestellt werden muss.
Klassische Werkzeuge zum Nachweis bestimmter Stoffe wie pflanzlicher Stressindikatoren sind kolorimetrische Assays oder die HLPC-MS Analyse. Mittels kolorimetrischer Assays kann die Konzentration lichtabsorbierender Substanzen indirekt durch einen Farbumschlag und durch Vergleichsmessung mit einer Probe bekannter Konzentration gemessen werden. Bei der HPLC-MS Analyse wird eine HPLC (High Performance Liquid Chromatographie) mit einem Massenspektrometer (MS) kombiniert.
Weitere Methoden zur Überwachung der Pflanzengesundheit sehen beispielsweise ein tragbares Raman-Gerät zur Messung von Pflanzenmetaboliten wie Katenoiden und Nitraten vor [1]. Der Fokus der Anwendung liegt dabei auf der Optimierung der Stickstoffversorgung. Weitere Ansätze verwenden eine Drohne mit Hyperspektralkamera für eine frühzeitige Krankheitserkennung auf dem Acker oder im Wald. Dabei liefert die Kamera spektrale Fingerabdrücke für jede Pflanze und Krankheit (z. B. Mehltau, Trockenstress, Alter) [6].
Weitere bekannte Ansätze nutzen funktionalisierte Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs). Beispielsweise wurden (6,5)-CNTs mit Hemin-bindenden Aptameren funktionalisiert und in das Blattgewebe injiziert, um ein optisches Monitoring der Pflanzengesundheit in vivo als Antwort auf Stress durch Detektion von H₂O₂ zu ermöglichen [2]. Anschließend wurde die Pflanze Stressreizen in Form von Licht und Pathogenen ausgesetzt und bei optischer Anregung der NTs mit einer Nahinfrarotkamera beobachtet. Die Fluoreszenzintensität der NTs ändert sich bei Bindung an H₂O₂. Ferner wurden CNTs genutzt, um eine Echtzeitmessung der chemischen Signalweiterleitung innerhalb einer Pflanze zu ermöglichen [4]. Es wurde gezeigt, wie H₂O₂ als Signal wellenartig entlang der Pflanzengefäße und -gewebe propagiert, nachdem eine Pflanze mechanisch verletzt wurde und welche lonenkanäle dafür wichtig sind. Dafür wurden (6,5)er CNTs mit ss(GT)₁₅ funktionalisiert und in die Blätter infiltriert. In Anwesenheit von H₂O₂ wird die Fluoreszenz der NTs gequencht (A-CNTs als Referenz, quenchen nicht). Die Anregung von außen erfolgt dabei mittels Laser, die Detektion des Signals über eine Nahinfrarotkamera. Pflanzen mit CNTs wurden ferner für eine Detektion von Nitroaromaten und eine IR-Kommunikation einer solchen Detektion genutzt [3]. Dazu wurden die CNTs mit dem Peptid Bombolitin II funktionalisiert und in das Gewebe der Pflanzen (Mesophyll) eingebettet. Als Referenz dienen Polyvynil-Alkohol funktionalisierte SWNTs (invariant). Die zu detektierenden Fremdstoffe (Nitroaromat Pikrinsäure) werden über die Wurzeln aufgenommen und sammeln sich im Mesophyll (~10min). Dieses Konzept bietet das Potential der Nutzung von Pflanzen als chemische Überwacher von Grundwasser. Gleichzeitig ist eine Kommunikation mit einer Auswerteeinheit über Stand-Off Devices (z. B. Smartphone-Kamera) möglich. Weitere Anwendungen von Pflanzen als Sensoren („Smart Plant Sensors“) sind in [5] beschrieben.
Die US 2018 / 0 356 404 A1 , WO 2017/ 096 317 A1 beschreiben beispielsweise einen Sensor für Infrarotkommunikation zwischen Pflanzen, bei welchem CNTs in das Pflanzengewebe eingebracht werden. Weitere Methoden zur Untersuchung von Pflanzen sind aus WO 2021/ 011 447 A1 , CN 1 06 093 018 A , JP 2001- 305 103 A , JP 2000- 321 234 A , US 10 209 181 B2 , EP 1 866 331 A2 , und EP 2 376 897 A1 bekannt.
Der Artikel „Spreinat et al., Quantum defects in fluorescent carbon nanotubes for sensing and mechanistic studies, URL: https://www.researchgate.net/publication 352207325 Quantum_Defects_in_Fluorescent_ Carbon_Nanotubes_for_Sensing_and_Mechanistic_Studies“ zeigt Untersuchungen der Fluoreszenz von mit DNA funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhrchen.
Der Artikel YIN, Heyu [et al.]: Soil sensors and plant wearables for smart and precision agriculture. In: Advanced materials, Vol. 33, 2021, No. 20, Artikel-Nr. 2007764 (24 S.). – ISSN 0935-9648. DOI: 10.1002/adma.202007764 zeigt eine Übersicht über Bodensensoren.
In Anbetracht des Stands der Technik wäre ein Konzept zum Erfassen pflanzlicher Stoffe wünschenswert, welches aufwandsarm ist und eine hohe Sensitivität und/oder Selektivität gegenüber den zu detektierenden pflanzlichen Stoffen aufweist.
Die Idee der vorliegenden Erfindung basiert darauf, von einer Pflanze freigesetzte Stoffe unter Verwendung von funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) zu erfassen. Es wurde erkannt, dass pflanzliche Stoffe, welche beispielsweise beim Stoffwechsel der Pflanze entstehen, außerhalb der Pflanze aufwandsärmer detektiert werden können, als wenn dies beispielsweise innerhalb der Pflanze geschieht. Somit kann ein aufwendiges Injizieren von Sensoren in die Pflanze vermieden. Ferner wurde erkannt, dass sich dies besonders vorteilhaft mittels funktionalisierter CNTs realisieren lässt. Es wurde erkannt, dass sich funktionalisierte CNTs gut in ein Medium anreichern oder verteilen lassen, in welchem die Pflanze wurzelt oder welches zum Wurzeln für die Pflanze vorgesehen ist. Die Funktionalisierung von CNTs lässt sich zudem besonders gut an den zu detektierenden Stoffen ausrichten, um eine hohe Sensitivität und/oder eine gute Selektivität der CNTs gegenüber verschiedener chemischer Strukturen, bzw. zu detektierender Stoffe, zu erreichen. Ferner lassen sich die funktionalisierten CNTs besonders zuverlässig und anwendungsfreundlich mit optischen Mitteln auslesen. Somit ist eine kontaktfreie Erfassung der freigesetzten Stoffe möglich, ohne die Pflanze mechanisch zu beeinflussen. Auch eine ortsaufgelöste Erfassung oder die Erfassung einer zeitlichen Entwicklung der Freisetzung der Stoffe kann so ermöglicht werden.
Die CNTs können bei Präsenz des zu detektierenden Stoffes mit einer Veränderung ihrer Fluoreszenz, beispielsweise in Intensität und/oder Frequenz, reagieren. Diese Veränderung der Fluoreszenz der funktionalisierten CNTs lässt sich
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zum Erfassen von von einer Pflanze freigesetzten Stoffen, beispielsweise von von der Pflanze über ihre Wurzeln freigesetzten Stoffen, unter Verwendung von funktionalisierten CNTs. Die freigesetzten Stoffe können beispielsweise Pflanzenmetabolite enthalten. Beispielsweise können die freigesetzten Stoffe Verbindungen, z. B. organische Verbindungen, welche eine Hydroxygruppe als funktionelle Gruppe aufweisen, beinhalten. CNTs weisen eine hohe Stabilität gegenüber einer Vielzahl von Stoffen, insbesondere gegenüber einer Vielzahl verschiedener Medien, welche als Pflanzmedium verwendet werden können, auf. Außerdem können sich CNTs, insbesondere einwandige CNTs (SWCNTs oder SWNTs, single walled carbon nanotubes) durch eine intensive Fluoreszenz auszeichnen. Die Fluoreszenz der CNTs kann ferner eine hohe Sensitivität gegenüber einem Zustand, in welchem sich eine Funktionalisierung der CNTs befindet, aufweisen. Der Zustand der Funktionalisierung kann wiederum von der Präsenz eines Stoffes, auf welchem die Funktionalisierung sensitiv ist, abhängen. Damit eignen sich die funktionalisierten CNTs insbesondere, um die Präsenz eines oder mehrerer zu detektierender Stoffes in der Umgebung der CNTs, beispielsweise in einem Pflanzmedium, nachzuweisen.
Bei Ausführungsbeispielen wird das Erfassen der freigesetzten Stoffe außerhalb der Pflanze in einem Medium, beispielsweise einem Pflanzmedium oder einem Nährmedium, in welchem die zu untersuchende Pflanze wurzelt, durchgeführt, wobei sich die CNTs in dem Medium befinden Das heißt, dass das Erfassen so durchgeführt werden kann, dass die von der Pflanze freigesetzten Stoffe außerhalb der Pflanze in dem Medium detektiert werden, beispielsweise durch optische Untersuchungen an dem Medium. Durch die Detektion der Stoffe außerhalb der Pflanze kann eine Injektion der funktionalisierten CNTs in die Pflanze vermieden werden und eine Untersuchung der Pflanze ermöglicht werden, durch welche die Pflanze nicht oder nur geringfügig beeinflusst wird.
Gemäß Ausführungsbeispielen sind die CNTs mit Polyethylenglykol-Phospholipid (PL-PEG) funktionalisiert. Es wurde erkannt, dass mit PL-PEG funktionalisierte CNTs eine hohe Sensitivität gegenüber Verbindungen mit Hydroxygruppe, insbesondere gegenüber Polyphenolen, zeigen. Bei Pflanzenmetaboliten bzw. bei von Pflanzen freigesetzten Stoffen handelt es sich häufig um Verbindungen mit Hydroxygruppe, so dass die mit PL-PEG funktionalisierten CNTs gut für die Untersuchung von Pflanzen geeignet sind. Insbesondere wurde erkannt, dass die PL-PEG funktionalisierten CNTs eine starke Fluoreszenzänderung in Reaktion einer Änderung des Polyphenolgehalts in ihrer Umgebung zeigen. Insbesondere sind die PL-PEG funktionalisierten CNTs auf viele oder alle Polyphenole sensitiv, so dass sie einen Gesamt-Polyphenol-Gehalt anzeigen können, welcher einen Großteil oder alle präsenten Polyphenole erfasst. Es wurde erkannt, dass der hydrophobe Lipidanteil der PL-PEG-Funktionalisierungsgruppe eine gute Bindung an das CNT ermöglicht, was zu einer hohen Stabilität der PL-PEG funktionalisierten CNTs führt. Andererseits bietet der hydrophile Polyethylenglykol (PEG) - Anteil eine hohe Sensitivität gegenüber Verbindungen mit Hydroxygruppe, beispielsweise aromatische Gruppen mit Hydroxygruppe. PL-PEG Verbindungen sind für ihr inertes Verhalten bekannt. Deshalb war nicht zu erwarten, dass PL-PEG-Verbindungen eine hohe Sensitivität gegenüber Verbindungen mit Hydroxygruppe aufweisen. Es war somit auch nicht zu erwarten, dass PL-PEG funktionalisierte CNTs als Sensoren für Polyphenole geeignet sind. Dahingegen haben die Erfinder erkannt, dass mit PL-PEG funktionalisierte CNTs sensitiv auf Verbindungen mit Hydroxygruppe reagieren, und insbesondere, dass sie sich dafür eignen verschiedene Pflanzenpolyphenole zu detektieren. Es wurde erkannt, dass die PL-PEG-Funktionalisierung eine Art der Oberflächenmodifikation für CNTs darstellt, welche die Grundlage für einen allgemeinen, beispielsweise für eine Vielzahl von Polyphenolen verwendbaren, Polyphenolsensor, z.B. einen Nahinfrarotpolyphenolsensor, darstellt. In anderen Worten, es wurde ferner erkannt, dass die PL-PEG funktionalisierten CNTs einen großen Teil oder sogar den gesamten Gehalt an Polyphenolen unter realistischen in-vitro Bedingungen nachweisen können, d. h. in Anwesenheit multipler Zielanalyte im Pflanzengewebe oder im Kulturmedium beziehungsweise Pflanzmedium. Die Detektion von Polyphenolen mit den PL-PEG funktionalisierten CNTs bleibt auch bei komplexem, z. B. Zucker oder Chlorophyll, enthaltendem Hintergrund weitgehend unbeeinflusst. Ferner wurde erkannt, dass die Ausschüttung von Polyphenolen, insbesondere über die Wurzeln, einen zuverlässigen Stressindikator der Pflanzen darstellen, dass nämlich Pflanzen, die unter Stress, beispielsweise durch Fressfeinde, stehen Polyphenol freisetzen. Somit wird ermöglicht, mittels der PL-PEG funktionalisierten CNTs den Stresslevel der Pflanzen zu bestimmen.
Gemäß Ausführungsbeispielen weisen die CNTs eine Fluoreszenz auf, wobei sich die Fluoreszenz abhängig von einer Wechselwirkung der CNTs mit den freigesetzten Stoffen ändert. Dabei weist das Verfahren ein Messen der Fluoreszenz auf. Die Fluoreszenz der CNTs kann sich also aufgrund einer Präsenz der freigesetzten Stoffe, d.h. einer Präsenz der freigesetzten Stoffe in der Umgebung der CNTs, ändern. Das Messen der Fluoreszenz, welche sich abhängig von den freigesetzten Stoffen ändert, ermöglicht ein kontaktloses Erfassen der freigesetzten Stoffe. Insbesondere ermöglicht die optische Erfassung ein zeitaufgelöstes (d.h. wiederholtes) und/oder ortsaufgelöstes Erfassen der freigesetzten Stoffe.
Gemäß Ausführungsbeispielen weisen die freigesetzten Stoffe Polyphenole auf. Unter Polyphenolen werden hier beispielsweise Verbindungen mit Hydroxygruppe verstanden, beispielsweise Tanninsäure (TaA), Gallussäure (GaA), EIA, CafA, ChlA, Res, Ant, CatH. Es wurde erkannt, dass sich die funktionalisierten CNTs, insbesondere die PL-PEG funktionalisierten CNTs, sensitiv gegenüber Polyphenolen sind, und dass die Freisetzung von Polyphenolen, insbesondere über die Wurzeln, ein Indikator für den Zustand der Pflanze ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist die Polyethylenglykol-Gruppe der PL-PEG-Funktionalisierung eine Masse im Bereich von 0,1 kDa bis 100 kDa auf (1 kDa = 1ku). Über die Kettenlänge der PEG-Gruppe kann sich bei Beispielen die Sensitivität und/oder die Selektivität der CNTs gegenüber bestimmten Stoffen einstellen. Ferner lässt sich durch eine große Kettenlänge bei Beispielen eine besonders hohe Sensitivität erreichen, während eine kleine Kettenlänge eine besonders hohe Stabilität der Funktionalisierungsgruppe zur Folge haben kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren folgende Schritte: Bereitstellen der CNTs in einem Medium für die Pflanze, z. B. einem Pflanzmedium, und Messen einer Fluoreszenz der CNTs aus dem Medium, in welchem die Pflanze wurzelt. Somit lassen sich die freigesetzten Stoffe optisch erfassen, ohne die CNTs in die Pflanze zu injizieren. Die Bereitstellung der CNTs über das Medium ist ferner besonders aufwandsarm. Die Messung der Fluoreszenz lässt sich kontaktfrei und mit Abstand von der Pflanze und dem Medium durchführen, z.B. mittels Stand-Off-Device.
Gemäß Ausführungsbeispielen erfolgt das Bereitstellen der CNTs in dem Medium durch Bereitstellen des Mediums mit den CNTs. Das Medium kann die CNTs also bei Beispielen schon enthalten, bevor die Pflanze eingepflanzt wird. Damit kann für eine besonders gleichmäßige und kontrollierte Konzentration der CNTs in dem Medium gesorgt werden, was im Hinblick auf quantitative Messungen vorteilhaft sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Bereitstellen der CNTs in dem Medium durch Bewässern des Mediums mit Wasser, welches die CNTs aufweist, erfolgen. Somit wird das Bereitstellen der funktionalisierten CNTs für schon gepflanzte Pflanzen ermöglicht. Ferner kann so die Sensitivität gegenüber den zu detektierenden Stoffen aufrechterhalten werden, selbst über Zeiträume, über welche die funktionalisierten CNTs eventuell nicht stabil sind.
Gemäß Ausführungsbeispielen beinhaltet das Messen der Fluoreszenz der CNTs ein optisches Anregen der CNTs und ein Erfassen einer von den CNTs emittierten elektromagnetischen Strahlung. Beispielsweise erfolgt das optische Anregen der CNTs mit elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise mit elektromagnetischer Strahlung einer Frequenz oberhalb der Fluoreszenz der CNTs. Durch optische Anregung der CNTs kann eine starke Fluoreszenz der CNTs gewährleistet werden, und somit das Erfassen der freigesetzten Stoffe besonders sensitiv erfolgen.
Gemäß Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren ferner ein Auswerten der von den CNTs emittierten elektromagnetischen Strahlung bezüglich Frequenz/oder Intensität. Es wurde erkannt, dass die Fluoreszenz der CNTs abhängig von der Art der Funktionalisierung durch eine Wechselwirkung mit den freigesetzten Stoffen an Intensität gewinnt oder an Intensität verliert, und/oder dass durch die Wechselwirkung mit den freigesetzten Stoffen die Frequenz der Fluoreszenz der funktionalisierten CNTs beeinflusst werden kann. Somit bieten die Frequenz und/oder die Intensität der Fluoreszenz der CNTs einen zuverlässigen Indikator für die Präsenz der freigesetzten Stoffe.
Gemäß Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren, eine quantitative Information über eine Menge der freigesetzten Stoffe bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Änderung der Intensität und/oder der Frequenz der Fluoreszenz hinsichtlich der Stärke der Änderung ausgewertet werden. Die Menge der freigesetzten Stoffe kann beispielsweise einen Rückschluss auf eine Stärke eines Reizes, welchem die Pflanze ausgesetzt ist, zulassen.
Gemäß Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren, das Messen der Fluoreszenz wiederholt durchzuführen, um eine zeitliche Entwicklung der Freisetzung der Stoffe zu bestimmen. Das Bestimmen der zeitlichen Entwicklung der Freisetzung der Stoffe kann eine zeitliche Korrelation zu Einflüssen, welchen die Pflanze ausgesetzt ist, bestimmt werden. Somit lässt sich eine Aussage über eine Reaktionszeit der Pflanze treffen, oder eine Zuordnung zu zeitlich versetzt erfolgten Reizen erzielen.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird das Messen der Fluoreszenz ortsaufgelöst durchgeführt. Beispielsweise kann ein Bild der von den CNTs emittierten Fluoreszenz ausgewertet werden, um die Fluoreszenz ortsaufgelöst zu messen. Die ortsaufgelöste Messung der Fluoreszenz ermöglicht eine ortsaufgelöste Bestimmung der Freisetzung der Stoffe. Somit wird ermöglicht, Kanäle in der Pflanze zu identifizieren oder Einflüsse auf die Pflanze örtlich zu lokalisieren.
Gemäß Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren ferner ein Bereitstellen von weiteren funktionalisierten CNTs, welche mit einer weiteren Funktionalisierung funktionalisiert sind, in dem Medium. Die weitere Funktionalisierung ist von der Funktionalisierung der CNTs verschieden. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren ferner ein Messen einer Fluoreszenz der weiteren CNTs aus dem Medium, in welchem die Pflanze wurzelt. Verschiedene Funktionalisierungen können gegenüber verschiedenen Stoffen oder Stoffgruppen unter den von der Pflanze freigesetzten Stoffen sensitiv sein. Durch CNTs mit verschiedenen Funktionalisierungen kann also ermöglicht werden, zwischen verschiedenen freigesetzten Soffen zu unterscheiden.
Gemäß Ausführungsbeispielen weisen die funktionalisierten CNTs eine erste Chiralität auf, und weisen die weiteren funktionalisierten CNTs eine zweite Chiralität auf. Beispielsweise kann die Chiralität von CNTs das Spektrum beziehungsweise die Frequenz der Fluoreszenz der CNTs beeinflussen. Die Fluoreszenz der ersten CNTs und die Fluoreszenz der zweiten CNTs kann sich also in ihrem Frequenzspektrum unterscheiden. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren ein optisches Anregen der CNTs und der weiteren CNTs, und ein Erfassen von von den CNTs und von den weiteren CNTs emittierter elektromagnetischer Strahlung. Ferner beinhaltet das Verfahren ein Auswerten einer Intensität und/oder Frequenz der von den CNTs und von den weiteren CNTs emittierter elektromagnetischer Strahlung. Durch die Verwendung von verschieden funktionalisierten CNTs, welche Fluoreszenz mit unterschiedlichen Frequenzspektren aufweisen, wird durch ein Auswerten verschiedener Frequenzbereiche ermöglicht, zwischen der Fluoreszenz der CNTs und der Fluoreszenz der weiteren CNTs zu unterscheiden. Somit kann ein selektives Erfassen unterschiedlicher freigesetzter Stoffe, auf welche die jeweiligen funktionalisierten CNTs sensitiv sind, erfolgen.
Gemäß Ausführungsbeispielen erfolgt das Bereitstellen der CNTs und das Bereitstellen der weiteren CNTs in örtlich verschiedenen Bereichen des Mediums. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren, die von den CNTs und von den weiteren CNTs elektromagnetische Strahlung ortaufgelöst zu erfassen. Somit kann zwischen der Fluoreszenz der CNTs und der Fluoreszenz der weiteren CNTs unterschieden werden, und somit selektiv zwischen verschiedenen Stoffen, auf welche die jeweiligen funktionalisierten CNTs sensitiv sind, unterschieden werden.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung schaffen ein Medium, welches funktionalisierte Kunststoffnanoröhrchen, CNTs, aufweist. Das Medium kann beispielsweise ein Pflanzmedium, Kulturmedium, ein Medium für Pflanzen, oder ein Nährmedium, z.B. auf Agar basierend, sein. Das Medium kann bei Beispielen eine Flüssigkeit oder ein Gel zum Anreichern eines Pflanzmediums mit den CNTs sein, beispielsweise Wasser.
Gemäß Ausführungsbeispielen sind die CNTs mit PL-PEG funktionalisiert.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung sehen eine Verwendung von CNTs, welche mit Polyethylenglykol-Phospholipid, PL-PEG, funktionalisiert sind, zum Erfassen pflanzlicher Stoffe, beispielsweise Pflanzenmetaboliten oder Polyphenolen, vor.
Beispiele der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 illustriert ein Medium mit funktionalisierten CNTs und eine Messvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen,
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen freigesetzter Stoffe gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen freigesetzter Stoffe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4a-e veranschaulichen Fluoreszenzänderungen von funktionalisierten CNTs in Antwort auf verschiedene Zielanalyte,
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen freigesetzter Stoffe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
6a-c veranschaulichen ein Detektionskonzept mit funktionalisierten CNTs gemäß einem Ausführungsbeispiel,
7 veranschaulicht eine ortsaufgelöste Messung einer zeitlichen Entwicklung einer Freisetzung von Stoffen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
8 veranschaulicht örtliches Multiplexing gemäß einem Ausführungsbeispiel,
9 veranschaulicht ein spektrales Multiplexing gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert und unter Verwendung der beigefügten Beschreibungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden viele Details beschrieben, um eine gründlichere Erklärung von Beispielen der Offenbarung zu liefern. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass andere Beispiele ohne diese spezifischen Details implementiert werden können. Merkmale der unterschiedlichen beschriebenen Beispiele können miteinander kombiniert werden, es sei denn, Merkmale einer entsprechenden Kombination schließen sich gegenseitig aus oder eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen.
Es sei darauf hingewiesen, dass gleiche oder ähnliche Elemente oder Elemente, die die gleiche Funktionalität aufweisen, mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein können oder gleich bezeichnet werden, wobei eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit dem gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind oder gleich bezeichnet werden, typischerweise weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen, die gleiche oder ähnliche Bezugszeichen aufweisen oder gleich bezeichnet werden, sind gegeneinander austauschbar.
1 illustriert ein Medium 10 gemäß Ausführungsbeispielen. Das Medium 10 weist funktionalisierte CNTs 12 auf.
1 illustriert ferner eine zu Pflanze 5, welche in dem Medium 10 wurzelt. Bei der Pflanze 5 handelt es sich beispielsweise um eine zu untersuchende Pflanze. Das Medium kann also unabhängig von der Pflanze 5 hergestellt sein.
Das Medium 10 kann zum Beispiel ein Pflanzmedium oder Kulturmedium sein, beispielsweise kann das Medium 5 ein Nährmedium sein, welches Nährstoffe für die Pflanze 5 aufweist. Das Medium kann beispielsweise auf Agar basieren. Weitere Ausführungsbeispiele des Mediums sind eine Flüssigkeit oder ein Gel, welche die CNTs 12 aufweisen, beispielsweise Wasser mit den CNTs 12, welche zum Anreichern des Mediums 10 mit den CNTs vorgesehen sind.
Als Ergebnis ihres Stoffwechsels oder als Reaktion auf einen Reiz, beispielsweise Befall durch Krankheiten oder Angriff durch Fressfeinde oder mechanischen Reiz, kann die Pflanze 5 pflanzliche Stoffe, z.B. Planzenmetabolite, ausschütten, und diese über ihre Wurzeln, welche in dem Medium 10 wurzeln, freisetzen. Erfindungsgemäß werden die von der Pflanze ausgeschütteten pflanzlichen Stoffe detektiert, indem von der Pflanze 5 freigesetzten Stoffe, beispielsweise über die Wurzeln freigesetzte Stoffe, unter Verwendung der funktionalisierten CNTs 12 erfasst werden. Dazu können die funktionalisierten CNTs sensitiv auf eine Wechselwirkung, z.B. eine elektrostatische Wechselwirkung oder einen Ladungsaustausch, mit den zu detektierenden Stoffen sein. Die Wechselwirkung mit den zu detektierenden Stoffen kann beispielsweise eine Änderung der optischen Eigenschaften wie einer Fluoreszenz der CNTs bewirken. Somit können die CNTs eine Präsenz der freigesetzten Stoffe in dem Medium 10 mittels der funktionalisierten CNTs 12 messbar machen. Die funktionalisierten CNTs 12 können demnach auch als Sensoren oder Nanosensoren bezeichnet werden.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 100 beinhaltet ein Erfassen von von einer Pflanze 5 freigesetzten Stoffen unter Verwendung von funktionalisierten CNTs 12, z.B. wie in 1 illustriert.
Bei dem Verfahren 100 kann es sich also beispielsweise um ein Verfahren zum Erfassen von pflanzlichen Stoffen oder um ein Verfahren zur Untersuchung oder zur Analyse der Pflanze 5 handeln.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird das Erfassen 100 der freigesetzten Stoffe also außerhalb der Pflanze in dem Medium 10, in welchem die zu untersuchende Pflanze wurzelt, und welches die CNTs 12 aufweist, durchgeführt. Das heißt, die freigesetzten Stoffe können in einem Bereich außerhalb der Pflanze detektiert werden.
Die Funktionalisierung eines funktionalisierten CNTs 12 kann durch ein oder mehrere Funktionalisierungsgruppen 14 bereitgestellt werden, welche an das jeweilige CNT angebunden sind. Die Funktionalisierungsgruppen 14 der CNTs 12 können die Wechselwirkung der funktionalisierten CNTs 12 mit den freigesetzten Stoffen bereitstellen.
Die funktionalisierten CNTs 12 können eine Fluoreszenz aufweisen. Das heißt, die CNTs 12 können elektromagnetische Strahlung emittieren, beispielsweise nach einer optischen Anregung mit elektromagnetischer Strahlung. Die Wellenlänge der Fluoreszenz der CNTs 12 kann typischerweise im Nahinfrarotbereich liegen. Beispielsweise können die CNTs einwandig sein, also SWCNTs. Die Wellenlänge der Fluoreszenz der CNTs kann von der Chiralität und/oder der Länge der CNTs und/oder der Art der Funktionalisierung der CNTs 12 abhängen. Ein Beispiel für die Chiralität der CNTs ist eine (6,5)-Chiralität, es sind aber auch andere möglich. Die funktionalisierten CNTs können eine einheitliche Länge und/oder eine einheitliche Chiralität aufweisen, also eine Länge in einem bestimmten Bereich und/oder eine bestimmte Chiralität haben. Dies kann ein einheitliches Spektrum der Fluoreszenz implizieren, was vorteilhaft für eine Messung der Fluoreszenz sein kann Die CNTs müssen allerdings nicht notwendigerweise einheitlich, also sortenrein, sein. Das heißt, bei anderen Ausführungsbeispielen weisen die CNTs nicht notwendigerweise eine einheitliche Länge und/oder Chiralität auf, sondern es können CNTs gemischter Längen und/oder gemischter Chiralitäten genutzt werden, wodurch die CNTs bzw. das Medium 10 einfacher hergestellt werden können.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weisen die CNTs eine Fluoreszenz auf, welche sich abhängig von einer Wechselwirkung der freigesetzten Stoffe mit den CNTs ändert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 100 ein Messen 120 der Fluoreszenz auf.
Bei Freisetzung der zu detektierenden Stoffe über die Wurzeln der Pflanze 5 in das Medium 10, kann eine Präsenz der Stoffe in dem Medium 10 also durch eine Wechselwirkung mit den CNTs 12 erfasst werden, wobei die Wechselwirkung sich in einer Änderung der Fluoreszenz der CNTs äußert, und somit durch das Messen 120 erfasst werden kann.
In anderen Worten, das Medium 10 kann als Träger von funktionalisierten CNTs 12, also als Träger von Nanosensoren, und damit als sensitive Einheit wirken. Die auf CNTs basierenden Nanosensoren bieten dabei den Vorteil der modularen Chemie und Einstellbarkeit ihrer optischen Eigenschaften über Typ, Größe und Chiralität. Die Nanosensoren lassen sich entweder im Nährmedium immobilisieren, so dass die Pflanze auf dem sensitiven Bereich wächst, oder im Wasser anreichern, so dass die Pflanze die Nanosensoren über die Wurzeln aufnehmen kann. Ein Vorteil besteht in der Nicht-Invasivität, so dass die Sensoren nicht in das Gewebe oder die Wurzeln injiziert werden müssen. Die Anreicherung im Nährmedium ermöglicht einerseits hochaufgelöstes chemisches Mapping der Freisetzung von Stoffen aus der Pflanze und bietet zudem die Möglichkeit.
Das Verfahren 100 kann also eine Messung der Ausschüttung von Stoffen bei Pflanzen, wie Pflanzenmetabolite und Stressindikatoren, an Pflanzenwurzeln ohne Probenentnahme in Form einer optischen Stand-Off Anordnung beinhalten. Im Gegensatz zu klassischen Analyseverfahren, welche im Labor durchgeführt werden, kann das Verfahren 100 unter vergleichsweise geringem Zeit- und Arbeitsaufwand durchgeführt werden und kann ferner direkt an der Pflanze durchgeführt werden und somit Information über die Dynamik und/oder den Ort der Metabolitausschüttung liefern. In anderen Worten, Beispiele des Verfahrens 100 können ohne Probenentnahme, direkt vor Ort, also an der Pflanze, und in Echtzeit ausgeführt werden.
4a zeigt ein Diagramm, welches die Intensität I in Abhängigkeit der Wellenlänge λ der Fluoreszenz von C₃₀ funktionalisierten CNTs in Abwesenheit von Gallussäure und für eine Konzentration von 10 µM Gallussäure gemäß Beispielen zeigt. Bei Zugabe von Gallussäure wird die Fluoreszenzintensität der C₃₀ funktionalisierten CNTs gesteigert.
4b zeigt ein Diagramm, welches die Fluoreszenz von PL-PEG funktionalisierten CNTs in Abwesenheit von Tanninsäure und für eine Konzentration von 1 µM Tanninsäure gemäß Beispielen zeigt. In Präsenz der Tanninsäure nimmt die Fluoreszenzintensität der PL-PEG funktionalisierten CNTs ab.
4c zeigt ein Diagramm, welches die Veränderung der Fluoreszenz von A₃₀ funktionalisierten CNTs in Abhängigkeit der Konzentration von Tanninsäure gemäß Beispielen veranschaulicht. In Anwesenheit von Tanninsäure nimmt die Fluoreszenz der A₃₀ funktionalisierten CNTs zu. Außerdem ist eine Verschiebung der Wellenlänge der Fluoreszenz zu höheren Werten zu beobachten. Bei dem in 4c gezeigten Beispiel von ssDNS-funktionalisierten CNTs findet beispielsweise eine Verschiebung der Emissionswellenlänge um 4 nm in Richtung größerer Wellenlängen statt, wenn die Konzentration der Tanninsäure von 0 µM auf 10 µM erhöht wird.
4d zeigt eine Auswertung der Änderung der Intensitäten und Wellenlängen der Fluoreszenz verschieden funktionalisierter CNTs für die Zielanalyte Tanninsäure und Gallussäure gemäß Beispielen. Der Vergleich der verschiedenen Funktionalisierungen zeigt, dass der Effekt der Wellenlängenänderung für PL-PEG funktionalisierte CNTs mit einem Wellenlängenunterschied von 10 nm deutlicher ist als der von A₃₀ funktionalisierten CNTs. Messungen zeigen einen klaren Zusammenhang zwischen einer steigenden Tanninsäurekonzentration und einer Verschiebung der Emissionswellenlänge der Fluoreszenz.
Die Fluoreszenz der funktionalisierten CNTs 12 kann also in Reaktion auf die Präsenz der freigesetzten Stoffe mit einer Änderung in der Intensität und/oder einer Änderung in der Frequenz der emittierten Fluoreszenz reagieren.
4e zeigt eine Auswertung von Beispielen für die Stärke der Intensitätsänderung der Fluoreszenz verschieden funktionalisierter CNTs für eine Auswahl an Zielanalyten, d.h. Beispiele zu detektierender Stoffe. In vertikaler Richtung sind verschiedene Funktionalisierungen gelistet, welche Beispiele für die Funktionalisierung der CNTs 12 gemäß Ausführungsbeispielen darstellen können. In horizontaler Richtung ist beispielhaft eine Auswahl an Zielanalyten gelistet. 4e veranschaulicht die relative Änderung der Fluoreszenzintensität von CNTs mit den verschiedenen Funktionalisierungen für jede der gelisteten Zielanalyte. Für ssDNA-funktionalisierte CNTs lässt sich ein genereller Trend steigender Fluoreszenz bei Zugabe der Zielanalyte feststellen, während sich für PL-PEG funktionalisierte CNTs eine Abnahme der Fluoreszenzintensität bei Zugabe der Zielanalyte feststellen lässt.
Die Erkenntnis, dass insbesondere PL-PEG funktionalisierte CNTs eine hohe Sensitivität gegenüber pflanzlichen Stoffen wie Pflanzenmetaboliten, insbesondere Polyphenolen, zeigen, kann also erfindungsgemäß dafür genutzt werden, pflanzliche Stoffe zu detektieren.
Dementsprechend sehen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vor, mit PL-PEG funktionalisierte CNTs zum Erfassen pflanzlicher Stoffe, insbesondere zum Erfassen von Pflanzenmetaboliten, zu verwenden.
Beispielsweise kann die Detektion von Polyphenolen mittels einer Messung der Fluoreszenz der funktionalisierten CNTs, insbesondere der PL-PEG funktionalisierten CNTs, einen vergleichbar guten oder einen besseren Nachweis oder eine vergleichbar gute oder bessere Sensitivität bieten als die klassischerweise genutzte HPLC-MS Methode. Der Einsatz der funktionalisierten CNTs 12 für eine schnelle Hoch-Durchsatzanalyse bietet dabei auch den Vorteil eines geringen benötigten Probenvoluminas im Bereich von Mikroliter.
Dementsprechend sind gemäß Ausführungsbeispielen des Verfahrens 100 gemäß 2 und 3 die CNTs 12 mit PL-PEG funktionalisiert.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist eine Polyethylenglykol-Gruppe der PL-PEG-Funktionalisierung eine Masse im Bereich von 0,1 kDa bis 100 kDa auf.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels des Verfahrens 100. Gemäß diesem Beispiel weist das Verfahren 100 einen Schritt 110 auf, welcher ein Bereitstellen der CNTs in einem Medium für die Pflanze, wie dem Medium 10 aus 1, aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt der Schritt 120 des Messens der Fluoreszenz der CNTs durch ein Messen der Fluoreszenz der CNTs aus dem Medium, in welchem die Pflanze, also die zu untersuchende Pflanze 5, wurzelt.
Gemäß Ausführungsbeispielen erfolgt der Schritt 110 durch ein Bereitstellen des Mediums 10 mit den CNTs 12. Beispielsweise kann das Medium 10 die CNTs 12 beinhaltend bereitgestellt werden, und die Pflanze 5 kann in das Medium 10 gepflanzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Schritt 110 durch Bewässern des Mediums 10 mit Wasser oder einem anderen Medium, welches die CNTs 12 aufweist, erfolgen. Die CNTs 12 können dem Medium 10 also vor und/oder nach dem Pflanzen der Pflanze 5 zugefügt werden.
Der Schritt 120 kann optional gemäß Ausführungsbeispielen einen Schritt 122 und einen Schritt 124 aufweisen. In Schritt 122 werden die CNTs 12 optisch angeregt, beispielsweise durch Bestrahlen der CNTs mit elektromagnetischer Strahlung, typischerweise elektromagnetischer Strahlung mit einer höheren Frequenz als die Frequenz der Fluoreszenz der CNTs. Der Schritt 124 beinhaltet ein Erfassen einer von den CNTs emittierten elektromagnetischen Strahlung. Das heißt, Schritt 124 beinhaltet ein Erfassen der von den CNTs emittierten Fluoreszenz.
Optional beinhaltet das Verfahren 100 ferner einen Schritt 130. Der Schritt 130 beinhaltet ein Auswerten der von den CNTs emittierten elektromagnetischen Strahlung bezüglich Frequenz und/oder Intensität. Zum Beispiel kann der Schritt 130 die Auswertung eines Signals, z.B. eines elektronischen Signals, welches basierend auf einer Detektion der elektromagnetischen Strahlung erzeugt ist, erfolgen.
Wie im Hinblick auf die 4a-e beschrieben, zeigen die funktionalisierten CNTs 12 eine Änderung der Intensität und/oder der Wellenlänge ihrer Fluoreszenz in Abhängigkeit der Präsenz beziehungsweise der Konzentration ihres Zielanalyts, also der zu detektierenden freigesetzten Stoffe. Durch ein Auswerten der von den CNTs emittierten elektromagnetischen Strahlung bezüglich Frequenz und/oder Intensität kann also auf eine Präsenz oder sogar eine Konzentration der von der Pflanze freigesetzten Stoffe, auf welche die funktionalisierten CNTs 12 sensitiv sind, in der Umgebung der CNTs, deren Fluoreszenz in Schritt 120 erfasst wurde, geschlossen werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 100 beinhalten, eine quantitative Information über eine Menge der freigesetzten Stoffe bereitzustellen. Beispielsweise kann in Schritt 130 durch die Auswertung der Stärke der Änderung der Intensität und/oder der Änderung der Frequenz der Fluoreszenz auf die Konzentration oder die Menge der freigesetzten Stoffe geschlossen werden.
1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 30, welche ausgebildet sein kann um Schritt 120 auszuführen. Die Messvorrichtung 30 kann beispielsweise eine Strahlungsquelle 32 aufweisen, welche ausgebildet ist, um die CNTs 12 optisch anzuregen. Beispielsweise kann es sich um eine Infrarotlichtquelle oder einen Infrarotlaser handeln. Alternativ kann es sich um eine Weißlichtquelle mit nachgeordneten Filteroptiken handeln. Beispielsweise kann die Strahlungsquelle 32 Filteroptiken beinhalten, um einen geeigneten Spektralbereich für die optische Anregung der funktionalisierten CNTs 12 bereitzustellen. Die Strahlungsquelle 32 kann eine nicht invasive optische Anregung der funktionalisierten CNTs ermöglichen.
Die Messvorrichtung 30 kann ferner eine Detektionsvorrichtung 34 aufweisen, welche ausgebildet ist, um elektromagnetische Strahlung zu detektieren, insbesondere elektromagnetische Strahlung, welche von den funktionalisierten CNTs 12 emittiert wird.
Die Detektionseinrichtung 34 kann ausgebildet sein, um ein optisches Signal der funktionalisierten CNTs 12 zu detektieren. Die Detektionseinrichtung 34 kann Filteroptik aufweisen, um die Detektion auf einen bestimmten Wellenlängenbereich zu begrenzen, beispielsweise auf einen Wellenlängenbereich, in welchem eine Reaktion der funktionalisierten CNTs 12 auf ein Zielanalyt der funktionalisierten CNTs besonders groß ist.
Der Schritt 120 muss nicht zwangsläufig aus nächster Nähe ausgeführt werden, sondern kann aufgrund der optischen Erfassung auch aus einiger Entfernung, beispielsweise einer Entfernung von mehr als 10 cm oder einer Entfernung von mehr als 20 cm, durchgeführt werden. Das Verfahren 100 ermöglicht also eine „Stand-Off“ Detektion. In anderen Worten, die Vorrichtung 30 kann zur Stand-Off Bildgebung ausgebildet sein, so dass die Möglichkeit des Imaging auch außerhalb eines Mikroskops gegeben ist.
Aufgrund der optischen Erfassung der freigesetzten Stoffe kann die sensitive Vorrichtung, also das Medium 10 mit den funktionalisierten CNTs 12, getrennt von der Messvorrichtung 30 angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass die Pflanze keine zusätzliche externe Energieversorgung benötigt. Beispielsweise kann die Messvorrichtung 30 tragbar ausgebildet sein, so dass mit der Messvorrichtung 30 mehrere Pflanzen analysiert werden können, welche jeweils in einem Medium 10 mit funktionalisierten CNTs 12 wurzeln.
Optional kann die Messvorrichtung 30 eine Auswertevorrichtung 36 aufweisen, welche ausgebildet sein kann, um den Schritt 130 des Verfahrens 100 auszuführen. Beinhaltet die Messvorrichtung die Auswerteeinheit 36, bietet dies den Vorteil einer möglichen in-situ Analyse.
In anderen Worten werden gemäß Ausführungsbeispielen von einer Pflanze 5 freigesetzte Stoffe außerhalb der Pflanze 5 optisch erfasst. Die optische Erfassung kann dabei mittels auf CNTs basierenden Nanosensoren durch Messung der (Nah-Infrarot-) Fluoreszenz geschehen. Die modulare Chemie funktionalisierter CNTs kann sich dabei besonders gut eignen, um eine Sensitivität der funktionalisierten CNTs gegenüber der zu detektierenden freigesetzten pflanzlichen Stoffe herzustellen. Insbesondere kann die Funktionalisierung der CNTs so gewählt werden, dass die CNTs 12 auf bestimmte Stoffe sensitiv sind, oder auf eine bestimmte Gruppe von Stoffen sensitiv sind. Die funktionalisierten CNTs 12 können bei Zugabe beziehungsweise Präsenz des Zielmoleküls, auf welches sie sensitiv sind, beispielsweise bei Freisetzung des Zielmoleküls durch die Pflanze 5, mit einer Veränderung (Erhöhung oder Erniedrigung) ihrer Fluoreszenzintensität und/oder mit einer Verschiebung der Emissionswellenlänge, also einer Veränderung der Wellenlänge der Fluoreszenz, reagieren. Für die Funktionalisierung der CNTs 12 können verschiedene Funktionalisierungsgruppen verwendet werden. Beispielsweise können CNTs mit variabler Einzelstrang-DNS oder CNTs mit PL-PEG (PL-PEG) -Makromolekülen funktionalisiert werden. In diesem Fall können die Zielmoleküle, also der Analyt, beispielsweise Polyphenole sein. Beispiele von Polyphenolen verschiedener Untergruppen sind Tannine, Flavonoide, Phenolsäuren, Gallussäuren (GA). Bei Beispielen weisen die CNTs 12 eine C₃₀ Funktionalisierung auf.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Messaufbau, welcher, wie in der 1 gezeigt, das Medium 10 aufweist, welches ausgebildet ist, um eine zu untersuchende Pflanze 5 aufzunehmen. Ferner beinhaltet der Messaufbau die Messvorrichtung 30. Der Messaufbau 10 kann eine berührungsfreie Stand-Off Detektion zur Überwachung der Ausschüttung von Stoffen der Pflanze 5 ermöglichen. Der Messaufbau kann eine Vorrichtung zur Versorgung der zu untersuchenden Pflanze 5 mit den funktionalisierten CNTs 12 durch Anreicherung im Medium 10 oder in Wasser, mit welchem die Pflanze 5 versorgt wird, beinhalten. Somit können freigesetzte Stoffe, welche zu den Zielanalyten der funktionalisierten CNTs gehören, außerhalb der Pflanze optisch detektiert werden. Beispielsweise können die Sensoren, das heißt die funktionalisierten CNTs 12, auf dem Substrat beziehungsweise dem Nährmedium 10 immobilisiert sein oder zusätzlich durch die Pflanzenwurzeln aufgenommen werden. Im Falle der Immobilisierung auf dem Substrat beziehungsweise Nährmedium besteht zusätzlich zur lokalen, dynamischen und hochaufgelösten Detektion eines freigesetzten Stoffes (als chemisches Mapping) die Möglichkeit der Differenzierung verschiedener Stoffe mittels Multiplexing mit verschiedenen Funktionalisierungen (als Differentialdetektion z. B. für Screening-Anwendungen). Mit nach Chiralität aufgereinigten CNTs lässt sich außerdem ein hyperspektrales Sensing und Imaging realisieren.
6 veranschaulicht ein Beispiel einer Anwendung des Verfahrens 100. Die zu untersuchende Pflanze 5, beispielsweise eine Sojabohne, wurzelt in dem Medium 10, beispielsweise einem Agarmedium, in welchem die funktionalisierten CNTs 12 immobilisiert wurden, wie in 6a veranschaulicht. Auf Pathogene, in 6b durch die Injektion von Elicitoren 61 beispielhaft illustriert, kann die Pflanze, wie 6c veranschaulicht, durch Abwehrmechanismen reagieren, welche die Ausschüttung pflanzlicher Stoffe 18 wie Polyphenole an den Wurzeln 16 der Pflanze beinhalten. Die Darstellung der freigesetzten Stoffe 18 ist beispielhaft zu verstehen. Die freigesetzten Stoffe 18 können mit den funktionalisierten CNTs 12 wechselwirken. Dadurch kann sich die Fluoreszenz der funktionalisierten CNTs ändern, beispielsweise kann sich ein ursprüngliches Spektrum 22 vor der Freisetzung der Stoffe 18 durch eine Abnahme der Intensität ändern, so dass die Fluoreszenz der funktionalisierten CNTs nach Freisetzung der Stoffe 18 ein verändertes Spektrum 24 aufweist.
Zur Messung der Fluoreszenz der funktionalisierten CNTs kann beispielsweise eine auf den Nahinfrarotbereich optimierte InGaAs Kamera mit einem 900 nm Hochpassfilter genutzt werden. Zur Anregung der funktionalisierten CNTs 12 kann beispielsweise eine weiße Lichtquelle mit einem 700 nm Tiefpassfilter genutzt werden. Alternativ ist auch eine Anregung im Nahinfrarotbereich sowie das Verwenden von CNTs mit längerer Emissionswellenlänge möglich. Ein Abstand zwischen Lichtquelle beziehungsweise Detektor und der Pflanze 5 kann im Bereich von über 10 cm liegen. Das wird dadurch ermöglicht, dass die funktionalisierten CNTs eine intensive Fluoreszenz aufweisen.
Gemäß Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren 100 gemäß der 3 oder der 5, das Messen 120 der Fluoreszenz wiederholt durchzuführen, um eine zeitliche Entwicklung der Freisetzung der Stoffe zu bestimmen.
Durch eine wiederholte Messung der Fluoreszenz lassen sich beispielsweise die Abwehrmechanismen der Pflanze als Ausschüttung von Stoffen an den Wurzeln kontinuierlich untersuchen oder überwachen, beispielsweise mit einem Stand-Off Detektionssystem, wie vorgehend beschrieben.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird das Messen 120 der Fluoreszenz ortsaufgelöst durchgeführt. Dies kann alternativ oder zusätzlich zu der wiederholten Messung in der Fluoreszenz erfolgen.
Beispielsweise kann die Detektionsvorrichtung 32 ausgebildet sein um einen Bereich des Mediums 10 in welchem die Pflanze wurzelt auf einen Bilddetektor, z.B. ein zweidimensionales Array aus Photodetektoren, abbilden.
7 zeigt ein Beispiel einer ortsaufgelösten Messung der Fluoreszenzintensität für eine Reihe aufeinanderfolgender Zeitpunkte. 7a zeigt eine mit sichtbarem Licht aufgenommene Abbildung eines auf funktionalisierten CNTs gewachsenen Sojakeimlings. 7b zeigt eine entsprechende Abbildung, welche mit Nahinfrarotlicht aufgenommen wurde. 7c zeigt die zeitliche Entwicklung der Fluoreszenz mittels Nah-Infrarot-Fluoreszenzbilder mit farblicher Kodierung des Intensitätsverhältnisses I/Io zu verschiedenen Zeitpunkten nach einer Stimulation an der mit dem Dreieck 71 gekennzeichneten Stelle der Pflanze. Mittels des Verfahrens 100 lassen sich also zeit- und/oder ortsaufgelöste chemische Informationen gewinnen und die Ausschüttung von Stoffen außerhalb der Pflanze visualisieren.
8 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches mit dem Verfahren 100 gemäß den 2, 3 und 5 kombinierbar ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 8 weist das Medium 10 eine Mehrzahl voneinander verschiedener Bereiche 81 auf. Diese können beispielsweise, wie in 8 gezeigt, in einem Raster angeordnet sein. Jeder der Bereiche 81 weist funktionalisierte CNTs 12 auf, welche eine dem jeweiligen Bereich zugeordnete Funktionalisierung haben. Verschiedene Bereiche 81 können also CNTs mit verschiedenen Funktionalisierungen aufweisen. Die verschieden funktionalisierten CNTs können auf verschiedene Stoffe verschieden stark sensitiv sein. Somit kann ein bestimmter Stoff ein charakteristisches Muster 92 der Intensitätsverteilung der Fluoreszenz der CNTs in Bezug auf die verschiedenen Bereiche 81 des Mediums 10 erzeugen. Ein Beispiel eines solchen Intensitätsmusters 92 ist in der Mitte der 8 gezeigt. Verschiedenen Stoffen können also verschiedene Muster zugeordnet werden. Beispielsweise kann einem ersten Stoff ein Muster 92₁ und einem zweiten Stoff ein Muster 92₂ zugeordnet werden. Somit kann aus einer Mischung 88 verschiedener freigesetzter Stoffe durch Mustererkennung die Freisetzung eines bestimmten Stoffs oder einer bestimmten Untergruppe von Stoffen detektiert werden. Bei Beispielen können auch Überlagerungen von Mustern 92 verschiedener Stoffe detektiert werden, um mehrere Stoffe und deren Verhältnis zu bestimmen.
Gemäß Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren also ferner ein Bereitstellen von weiteren funktionalisierten CNTs, welche mit einer weiteren Funktionalisierung funktionalisiert sind, in dem Medium 10. Demnach kann das Medium also erste CNTs 12₁, d.h. die beschriebenen CNTs, aufweisen und zusätzlich zweite CNTs 12₂, d.h. die weiteren CNTs aufweisen. Beispielsweise kann der Schritt 10 ein Bereitstellen erster funktionalisierter CNTs 12₁ mit einer ersten Funktionalisierung beinhalten und ferner ein Bereitstellen zweiter funktionalisierter CNTs mit einer zweiten Funktionalisierung beinhalten. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen beinhaltet der Schritt 120 ein Messen einer Fluoreszenz der weiteren CNTs aus dem Medium 10, in welchem die Pflanze wurzelt.
Beispielsweise weist in 8 ein erster der Bereiche 81 die ersten funktionalisierten CNTs 12₁ auf, und ein zweiter der Bereiche 81 weist die zweiten funktionalisierten CNTs 12₂ auf.
In anderen Worten, setzt man die CNTs wie in den vorherigen Beispielen, z. B. wie im Hinblick auf die 1 oder 6 beschrieben, in das Nährmedium 10, nutzt aber zusätzlich unterschiedliche Funktionalisierungen an definierten Orten, ergibt sich eine Anordnung in Form eines Sensorarrays. Anhand dieser Anordnung lassen sich einzelne oder mehrere Stoffe in einem Molekülmix 88 anhand eines spezifischen Intensitätsmusters 92 identifizieren (fingerprinting). Solche örtliche Kodierung mittels örtlich verschiedener Funktionalisierungen der CNTs kann auch als Multiplexing oder örtliches Multiplexing bezeichnet werden.
9 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mediums 10 mit ersten CNTs 12₁ und zweiten CNTs 12₁, welches ebenfalls mit den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8 kombinierbar ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weisen die ersten CNTs 12₁ eine erste Chiralität auf und die zweiten CNTs 12₁ eine zweite Chiralität. Aufgrund der verschiedenen Chiralitäten weisen die ersten CNTs weisen eine Fluoreszenz 28₁ in einem ersten Frequenzbereich auf und die zweiten CNTs eine Fluoreszenz 28₂ bei einem zweiten Frequenzbereich auf, welcher von dem ersten Frequenzbereich verschieden ist. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren 100 ein optisches Anregen der ersten CNTs 12₁ und der weiteren (zweiten) CNTs 12₂ sowie ein Erfassen von von den CNTs 12₁ und den weiteren CNTs 12₂ emittierter elektromagnetischer Strahlung 28₁, 28₂, so wie beispielsweise im Hinblick auf die Schritte 122 und 124 beschrieben. Der Schritt 130 beinhaltet gemäß den Ausführungsbeispielen das Auswerten einer Intensität und/oder Frequenz der von den CNTs und von den weiteren CNTs emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Das Messen 120 der Fluoreszenz kann also gemäß diesen Ausführungsbeispielen frequenzselektiv durchgeführt werden, d.h. es kann zumindest zwischen dem ersten und dem zweiten Frequenzbereich unterschieden werden. Zum Beispel lassen sich durch geeignete optische Filter Fluoreszenzen der ersten und der zweiten CNTs unterscheiden, auch wenn diese nicht örtlich getrennt voneinander angeordnet sind. Durch verschiedene Funktionalisierungen können die ersten CNTs und die zweiten CNTs gegenüber verschiedenen Stoffen oder Stoffgruppen sensitiv sein. Durch Auswerten von Intensitätsänderungen in jeweiligen den ersten und zweiten CNTs zugeordneten Wellenlängenbereichen kann so die Freisetzung von verschiedenen Stoffen unterschieden werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die ersten und die zweiten CNTs als nicht notwendigerweise in verschiedenen Bereichen angeordnet, sondern können auch gemischt sein, so dass die Detektion der jeweiligen Zielanalyte nicht auf jeweilige Bereiche begrenzt ist. Die Ausführungsbeispiele der 8 und 9 können aber auch zusätzlich kombiniert werden.
In anderen Worten, durch die Wählbarkeit der optischen Eigenschaften der CNTs über ihren Typ, ihrer Chiralität und/oder ihrer Größe ergibt sich, alternativ oder zusätzlich zu der zeitlich wiederholten und/oder der ortsaufgelösten Messung der Fluoreszenz, die Möglichkeit der farblichen Kodierung, also eines spektralen Multiplexings. Durch die Wahl verschiedener optischer Filter können so mehrere Emissionsfarbkanäle ausgelesen werden.
In anderen Worten, mit entsprechend aufgereinigten CNTs, also CNTs einer bzw. mehrerer bestimmten Chiralitäten, lässt sich ein hyperspektrales Sensing und Imaging realisieren.
Die Anreicherung der CNTs im Nährmedium ermöglicht ferner die Möglichkeit, durch örtliches Multiplexing (Array aus verschieden funktionalisierten Nanosensoren) eine simultane Sensitivität für verschiedene Analyte zur Differentialdetektion zu erreichen.
Im Folgenden werden weitere Vorteile der Erfindung erläutert. Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen herkömmlichen Methoden der Überwachung von Pflanzen bietet das hierin beschriebene Verfahren und das Medium 10 die Möglichkeit einer Messung ausgeschütteter Stoffe wie Polyphenole, also die Messung von Stoffen außerhalb der Pflanze. Insbesondere bietet das Verfahren 100 die Möglichkeit, ortsaufgelöste Informationen freigesetzter Metabolite zu bestimmen, insbesondere im Gegensatz zu [1]. Im Gegensatz zu [6] ermöglicht das Verfahren 100, die Dynamik der Freisetzung von Metaboliten und Stressindikatoren einzelner Pflanzen orts- und zeitaufgelöst darzustellen. Ferner ermöglicht das Verfahren 100 im Gegensatz zu der in [2] beschriebenen Methode eine Beobachtung der Freisetzungsdynamik und Unterscheidung verschiedener Metabolite. Im Gegensatz zu [4] liefert das Verfahren 100 die Möglichkeit, Informationen über die Freisetzung von Stoffen oder verschiedenen Stoffen aus dem Pflanzengewebe heraus zu gewinnen.
Der hierin beschriebene Ansatz mit optischen Nanosensoren kann entscheidende Vorteile in verschiedenen Anwendungsbereichen bringen: Erstens konnte bereits bei verschiedenen Pflanzensorten und unter verschiedenen analytischen Bedingungen gezeigt werden, dass die Nanosensoren eine schnelle direkte Möglichkeit zur in-vitro Detektion von Pflanzenpolyphenolen darstellen. Dabei konnten vergleichsweise simple methanolbasierte Extraktionsmethoden benutzt werden, ohne die Notwendigkeit einer weiteren Probenaufbereitung. Dies könnte bei Hochdurchsatz-Screeningverfahren zum Einsatz kommen, oder wenn nur limitierte Probenvolumina zur Verfügung stehen (z. B. bei Probennahme aus dem Phloem). Denkbar ist daher die Phänotypisierung von Pflanzen nach gewünschten Merkmalen in einem Horchdurchsatzverfahren. Durch moderne genetische Methoden können Pflanzen leicht verändert werden, aber ihre „Performance“ muss mit einem Messverfahren bewertet werden, das klassischerweise langwierig ist (Aufzucht, etc.).Zweitens eröffnen Polyphenol-Nanosensoren in der Stand-Off Überwachung von Pflanzen völlig neue Möglichkeiten für Forschung und Landwirtschaft: Die Möglichkeit der zeit- und ortsaufgelösten Visualisierung stellt eine Art chemischer Bildgebung dar. So ließe sich untersuchen, wie Polyphenole als Kommunikator zwischen Pflanzen oder bei der Interaktion von Pflanzen mit Mikroorganismen wirken. Andererseits bietet die Visualisierung der Ausschüttung von Polyphenolen als Abwehrindikator neue Möglichkeiten zum Screening langwirtschaftlich interessanter, weil abwehrfähigere, Pflanzensorten / Phänotypen im Großformat. Beide Anwendungen können in der Forschung im Labor, bei der Phänotypisierung, in Urban Farming, und in Precision Agriculture zur Anwendung kommen.
Die Möglichkeit der Detektion von Polyphenolen in Pflanzen kann zudem einen Vorteil für verschiedene Bereiche der Smart Agricultural Solutions darstellen. Ferner können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für die Chipimplementierung von Zellen oder Organismen relevant sein.
Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung beziehungsweise der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden können.
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn, es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Offenbarung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Referenzen

[1] Gupta, S., Huang, C.H., Singh, G.P. et al. Portable Raman leaf-clip sensorfor rapid detection of plant stress. Sei Rep 10, 20206 (2020).
[2] Honghong Wu, Robert Nißler, Victoria Morris, Niklas Herrmann, Peiguang Hu, Su-Ji Jeon, Sebastian Kruss, and Juan Pablo Giraldo, Nano Letters 2020 20 (4), 2432-2442.
[3] Wong, M., Giraldo, J., Kwak, SY. et al. Nitroaromatic detection and infrared communication from wildtype plants using plant nanobionics. Nature Mater 16, 264-272 (2017).
[4] Lew, T.T.S., Koman, V.B., Silmore, K.S. et al. Real-time detection of wound-induced H₂O₂ signalling waves in plants with optical nanosensors. Nat. Plants 6, 404-415 (2020).
[5] Giraldo, J., Landry, M., Faltermeier, S. et al. Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing. Nature Mater 13, 400-408 (2014).
[6] StartUp HIPE Solutions: https://www.farm-and-food.com/pflanzenstress-frueherkennen/ ; https://www.invision-news.de/fachartikel/hsi-inside-3/; https://www.haip-solutions.com/wp-content/uploads/2020/05/f3-Artikel_HeftSommer2020_HAIPSolutions.pdf

Claims

Verfahren (100) zum Erfassen von von einer Pflanze (5) freigesetzten Stoffen unter Verwendung von funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhrchen, (CNTs, 12), wobei die CNTs (12) mit Polyethylenglykol-Phospholipid, PL-PEG, funktionalisiert sind, wobei das Erfassen der freigesetzten Stoffe außerhalb der Pflanze in einem Medium (10), in welchem die Pflanze wurzelt und welches die CNTs (12) aufweist, durchgeführt wird, wobei die CNTs (12) eine Fluoreszenz aufweisen, wobei sich die Fluoreszenz abhängig von einer Wechselwirkung der CNTs (12) mit den freigesetzten Stoffen ändert, und wobei das Verfahren (100) ein Messen (120) der Fluoreszenz aufweist.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die freigesetzten Stoffe Polyphenole aufweisen.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polyethylenglykol-Gruppe der PL-PEG-Funktionalisierung eine Masse im Bereich von 0,1 kDa bis 100 kDa aufweist.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Schritte beinhaltend: Bereitstellen (110) der CNTs (12) in einem Medium (10) für die Pflanze, und Messen (120) einer Fluoreszenz der CNTs (12) aus dem Medium (10), in welchem die Pflanze wurzelt.
Verfahren (100) nach Anspruch 4, wobei das Bereitstellen der CNTs (12) in dem Medium (10) durch Bereitstellen des Mediums (10) mit den CNTs (12) erfolgt, und/oder wobei das Bereitstellen (110) der CNTs (12) in dem Medium (10) durch Bewässern des Mediums mit den CNTs (12) aufweisendem Wasser erfolgt.
Verfahren (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Messen (120) der Fluoreszenz der CNTs (12) beinhaltet: optisches Anregen (122) der CNTs (12), und Erfassen (124) einer von den CNTs (12) emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Verfahren (100) nach Anspruch 6, wobei das Verfahren (100) ferner beinhaltet: Auswerten (130) der von den CNTs (12) emittierten elektromagnetischen Strahlung bezüglich Frequenz und/oder Intensität.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Verfahren (100) ferner beinhaltet, eine quantitative Information über eine Menge der freigesetzten Stoffe bereitzustellen.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Verfahren (100) ferner beinhaltet, das Messen (120) der Fluoreszenz wiederholt durchzuführen, um eine zeitliche Entwicklung der Freisetzung der Stoffe zu bestimmen.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei das Messen (120) der Fluoreszenz ortsaufgelöst durchgeführt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, ferner beinhaltend: Bereitstellen von weiteren funktionalisierten CNTs (12₂), welche mit einer weiteren Funktionalisierung funktionalisiert sind, in dem Medium (10), und Messen einer Fluoreszenz der weiteren CNTs (12₂) aus dem Medium (10), in welchem die Pflanze wurzelt.
Verfahren (100) nach Anspruch 11, wobei die funktionalisierten CNTs (12₁) eine erste Chiralität aufweisen und die weiteren funktionalisierten CNTs (12₂) eine zweite Chiralität aufweisen, und wobei das Verfahren (100) beinhaltet: optisches Anregen der CNTs (12₁) und der weiteren CNTs (12₂), Erfassen von von den CNTs (12₁) und von den weiteren CNTs (12₂) emittierter elektromagnetischer Strahlung, Auswerten einer Intensität und/oder Frequenz der von den CNTs (12₁) und von den weiteren CNTs (12₂) emittierten elektromagnetischen Strahlung.
Verfahren (100) nach Anspruch 11, wobei das Bereitstellen der CNTs (12₁) und das Bereitstellen der weiteren CNTs (12₂) in örtlich verschiedenen Bereichen des Mediums (10) erfolgt, und wobei das Verfahren (100) beinhaltet, von den CNTs (12₁) und von den weiteren CNTs (12₂) emittierte elektromagnetischen Strahlung ortsaufgelöst zu erfassen.
Pflanzmedium (10), welches mit Polyethylenglykol-Phospholipid, PL-PEG, funktionalisierte Kohlenstoffnanoröhrchen, (CNTs, 12), aufweist.