Den vetenskapliga och tekniska litteraturen är full av nanoteknik och dess tillverkning och medicinska tillämpningar. Men det är i ett område med en mindre glittrig aura - växtvetenskap - där nanotekniska framsteg bidrar dramatiskt till jordbruket.

Forskare vid Iowa State University har nu visat förmågan att leverera proteiner och DNA till växtceller, samtidigt. Detta är viktigt eftersom det nu öppnar möjligheter för mer sofistikerad och riktad växtgenomsredigering - tekniker som kräver exakt leverans av både protein och DNA för att åstadkomma specifika genmodifieringar i växtväxter. Sådana modifieringar blir allt viktigare inför våra förändrade klimat som nya insekts skadedjur, växtsjukdomar och markspänningar dyker upp där det tidigare var få.

Medan DNA -leverans till celler har blivit rutin, att leverera proteiner och enzymer till både djur- och växtceller har visat sig vara mer utmanande. Iowa State -teamets framsteg inom proteinleverans är en viktig prestation mot detta ändamål.

En forskningsartikel som beskriver framstegen har publicerats online av tidningen Avancerade funktionella material . Arbetet sponsrades delvis av Pioneer Hi-Bred med långsiktigt stöd från Iowa State Universitys Plant Sciences Institute.

Iowas statliga forskargrupp inkluderar Kan Wang, professor i agronomi; Brian Trewyn, docent i kemi; Susana Martin-Ortigosa, en postdoktoral forskningsassistent inom agronomi; och Justin Valenstein, en kemidoktorand.

Nanopartiklar är små material som är lika stora som flera molekyler som sitter sida vid sida eller storleken på ett stort virus. En enda nanometer är en miljarddels meter. Viruset som orsakar AIDS är ungefär 100 nanometer i diameter.

Med hjälp av nya och förbättrade specialbyggda bikakliknande mesoporösa kiseldioxid nanopartiklar som Iowa State-teamet utformade för fem år sedan, forskarna har visat samleverans av funktionellt protein och DNA till växtceller.

Den första generationen av dessa anpassade partiklar var relativt små (100 nanometer) och därför kunde de tillgängliga förpackningsutrymmena inte rymma större funktionella molekyler som proteiner eller enzymer. Denna nästa generation är fem gånger större (500 nanometer) och ser ut som en ultrafin bit Honeycomb-spannmål.

Nyckeln till forskarnas framgång är en nyutvecklad metod för att göra större enhetliga påsar i de anpassade nanopartiklarna. En ytterligare modifikation - guldplätering av hela kiseldioxidpartikeln före packning - förbättrade DNA- och proteinbindning för en säkrare nyttolast.

För att testa den nya partikelns effektivitet, Wang och hennes kollegor laddade porerna med ett grönt fluorescerande protein från geléfisk, som fungerar som en fotomarkör inuti växtcellen. Nästa, dessa partiklar var belagda med DNA som kodar för ett rött protein från korall. Komplexet sköts sedan in i växtceller med hjälp av en genpistol, en traditionell genleveransmetod som får främmande material förbi växtens skyddande cellvägg.

Guldpläteringsinnovationen tillförde en mycket välbehövlig ballistisk lyft till partiklarna, säkerställa deras förmåga att kanonkula genom växtcellväggen när de väl släppts från genpistolen.

Celler som fluorescerar både rött och grönt samtidigt bekräftar lyckad leverans. Teamet har visat framgång i lök, tobak och majsceller.

Arbetet är en påtaglig insikt av de ansträngningar teamet hade i designstadiet för bara två år sedan när kollegan Victor Lin från Iowa State University och U.S. Department of Energy's Ames Laboratory oväntat dog. "Han var en så briljant vetenskapsman, "säger Wang." Vi kände oss helt vilse när vi förlorade honom. "

Men laget tog sig samman, utnyttja den utmärkta utbildning som alla hade fått från att arbeta med Lin för att göra denna nästa generations partikel till verklighet.

"Vi hade inte kunnat träna någonting utan varandra, "säger Wang." Denna framgång bevisar att hans arv fortsätter. "