Tendencias Científicas
Hace poco, hablábamos de la enorme eficacia de las telarañas captando sustancias volátiles, y de la idea de científicos de la Universidad de Oxford de aprovecharlas en consecuencia, para controlar la contaminación del aire.
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) investiga ahora la posibilidad de emplear otro elemento natural para este mismo fin: las plantas.
Pero, para que las plantas puedan desempeñar este papel, antes deben ser modificadas con nanomateriales, unos materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que un micrómetro, es decir, del tamaño de una millonésima parte de un metro.
Nanobiónica vegetal
Los científicos del MIT proponen en concreto incorporar a los cloroplastos de las plantas (orgánulos donde se realiza la fotosíntesis) nanotubos de carbono, que es el elemento básico de la química orgánica.
Con estos nanotubos han conseguido ya, por una parte, aumentar en un 30% la capacidad de los vegetales de obtener energía a partir la luz. Por otra, han convertido a una planta concreta en detectora de un gas contaminate: el óxido nítrico (NO), producido por automóviles y plantas de energía.
Este gas puede convertirse en ácido nítrico en el aire, y generar la temida lluvia ácida. Además el NO es en parte responsables del agujero de la capa de ozono, y tiene un efecto para con la radiación solar doble, pues en la baja atmósfera contribuye al calentamiento global y en la alta al oscurecimiento global.
Según los investigadores, estos primeros pasos abren un nuevo campo científico, al que han denominado “nanobiónica vegetal”. "Las plantas son muy atractivas como plataforma tecnológica", afirma Michael Strano, director del equipo de investigación del MIT, en un comunicado del centro. "Se autorreparan, son ambientalmente estables, sobreviven en entornos hostiles, y cuentan con una fuente de nutrición y distribución del agua propias". Su potencial “es realmente interminable", asegura Strano.
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) investiga ahora la posibilidad de emplear otro elemento natural para este mismo fin: las plantas.
Pero, para que las plantas puedan desempeñar este papel, antes deben ser modificadas con nanomateriales, unos materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que un micrómetro, es decir, del tamaño de una millonésima parte de un metro.
Nanobiónica vegetal
Los científicos del MIT proponen en concreto incorporar a los cloroplastos de las plantas (orgánulos donde se realiza la fotosíntesis) nanotubos de carbono, que es el elemento básico de la química orgánica.
Con estos nanotubos han conseguido ya, por una parte, aumentar en un 30% la capacidad de los vegetales de obtener energía a partir la luz. Por otra, han convertido a una planta concreta en detectora de un gas contaminate: el óxido nítrico (NO), producido por automóviles y plantas de energía.
Este gas puede convertirse en ácido nítrico en el aire, y generar la temida lluvia ácida. Además el NO es en parte responsables del agujero de la capa de ozono, y tiene un efecto para con la radiación solar doble, pues en la baja atmósfera contribuye al calentamiento global y en la alta al oscurecimiento global.
Según los investigadores, estos primeros pasos abren un nuevo campo científico, al que han denominado “nanobiónica vegetal”. "Las plantas son muy atractivas como plataforma tecnológica", afirma Michael Strano, director del equipo de investigación del MIT, en un comunicado del centro. "Se autorreparan, son ambientalmente estables, sobreviven en entornos hostiles, y cuentan con una fuente de nutrición y distribución del agua propias". Su potencial “es realmente interminable", asegura Strano.
El origen de la idea
En 2010, tal y como explicamos entonces en Tendencias21, Strano y sus colaboradores crearon células fotovoltaicas que se ensamblaban y se autorreparaban solas, tomando como modelo las células vegetales. Este fue el primer paso de la presente investigación.
A continuación, los investigadores probaron cómo mejorar la función fotosintética de cloroplastos separados de las plantas, para su posible uso en células solares.
Los cloroplastos albergan toda la maquinaria necesaria para la fotosíntesis, que es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica, gracias a la energía que aporta la luz. Básicamente –a través de pigmentos tales como la clorofila- estos orgánulos absorben la luz y la utilizan para “fabricar” los azúcares que la planta necesita para su subsistencia.
Pero los cloroplastos pueden seguir realizando estas reacciones sólo durante un tiempo, una vez que son extraídos de las plantas. Tras unas horas fuera de éstas, comienzan a descomponerse, porque la luz y el oxígeno dañan las proteínas fotosintéticas.
Para prolongar la productividad de los cloroplastos aislados, los investigadores introdujeron en ellos nanopartículas de óxido de cerio (nanoceria), usando una novedosa técnica (LEEP), que consiste en envolver dichas partículas con moléculas de ácido acrílico altamente cargadas.
Con este envoltorio, las nanoceria consiguieron penetrar en las membranas hidrofóbicas y grasas que rodean a los cloroplastos. Una vez dentro, funcionaron como unos antioxidantes muy potentes, eliminando los radicales de oxígeno y otras moléculas altamente reactivas producidas por la luz y el oxígeno. Así lograron los científicos la protección de los cloroplastos aislados.
Plantas convertidas en sensores
La misma técnica LEEP fue aplicada para introducir en los cloroplastos nanotubos de carbono semiconductores, recubiertos con ADN de carga negativa.
En pruebas realizadas con plantas vivas, del tipo Arabidopsis thaliana, a cuyos cloroplastos se hicieron llegar las nanopartículas mediante “perfusión vascular”, los científicos lograron aumentar el flujo de electrones de la fotosíntesis en un 30%.
También demostraron que de este modo podían convertir la Arabidopsis thaliana en un sensor de sustancias químicas, simplemente introduciendo en sus cloroplastos nanotubos de carbono detectores del óxido nítrico.
Los resultados de esta prueba demuestran, según otro de los autores del estudio, Juan Pablo Giraldo, que los nanotubos de carbono podrían servir en un futuro “para fabricar sensores que detecten a tiempo real, a nivel de una sola partícula, radicales libres o indicadores moleculares que se encuentren a muy bajas concentraciones, y resulten difíciles de detectar”.
Los investigadores esperan así desarrollar plantas que podrían utilizarse para controlar la contaminación del medio ambiente, y no sólo por óxido nítrico: pesticidas, hongos o toxinas bacterianas también podrían registrarse con estos vegetales biónicos.
Ahora mismo, trabajan además en la incorporación en las plantas de otro tipo de nanomateriales, como el grafeno, para descubrir hasta donde puede llegar la nanobiónica de los vegetales.
En 2010, tal y como explicamos entonces en Tendencias21, Strano y sus colaboradores crearon células fotovoltaicas que se ensamblaban y se autorreparaban solas, tomando como modelo las células vegetales. Este fue el primer paso de la presente investigación.
A continuación, los investigadores probaron cómo mejorar la función fotosintética de cloroplastos separados de las plantas, para su posible uso en células solares.
Los cloroplastos albergan toda la maquinaria necesaria para la fotosíntesis, que es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica, gracias a la energía que aporta la luz. Básicamente –a través de pigmentos tales como la clorofila- estos orgánulos absorben la luz y la utilizan para “fabricar” los azúcares que la planta necesita para su subsistencia.
Pero los cloroplastos pueden seguir realizando estas reacciones sólo durante un tiempo, una vez que son extraídos de las plantas. Tras unas horas fuera de éstas, comienzan a descomponerse, porque la luz y el oxígeno dañan las proteínas fotosintéticas.
Para prolongar la productividad de los cloroplastos aislados, los investigadores introdujeron en ellos nanopartículas de óxido de cerio (nanoceria), usando una novedosa técnica (LEEP), que consiste en envolver dichas partículas con moléculas de ácido acrílico altamente cargadas.
Con este envoltorio, las nanoceria consiguieron penetrar en las membranas hidrofóbicas y grasas que rodean a los cloroplastos. Una vez dentro, funcionaron como unos antioxidantes muy potentes, eliminando los radicales de oxígeno y otras moléculas altamente reactivas producidas por la luz y el oxígeno. Así lograron los científicos la protección de los cloroplastos aislados.
Plantas convertidas en sensores
La misma técnica LEEP fue aplicada para introducir en los cloroplastos nanotubos de carbono semiconductores, recubiertos con ADN de carga negativa.
En pruebas realizadas con plantas vivas, del tipo Arabidopsis thaliana, a cuyos cloroplastos se hicieron llegar las nanopartículas mediante “perfusión vascular”, los científicos lograron aumentar el flujo de electrones de la fotosíntesis en un 30%.
También demostraron que de este modo podían convertir la Arabidopsis thaliana en un sensor de sustancias químicas, simplemente introduciendo en sus cloroplastos nanotubos de carbono detectores del óxido nítrico.
Los resultados de esta prueba demuestran, según otro de los autores del estudio, Juan Pablo Giraldo, que los nanotubos de carbono podrían servir en un futuro “para fabricar sensores que detecten a tiempo real, a nivel de una sola partícula, radicales libres o indicadores moleculares que se encuentren a muy bajas concentraciones, y resulten difíciles de detectar”.
Los investigadores esperan así desarrollar plantas que podrían utilizarse para controlar la contaminación del medio ambiente, y no sólo por óxido nítrico: pesticidas, hongos o toxinas bacterianas también podrían registrarse con estos vegetales biónicos.
Ahora mismo, trabajan además en la incorporación en las plantas de otro tipo de nanomateriales, como el grafeno, para descubrir hasta donde puede llegar la nanobiónica de los vegetales.
Referencia bibliográfica:
Juan Pablo Giraldo, Markita P. Landry, Sean M. Faltermeier, Thomas P. McNicholas, Nicole M. Iverson, Ardemis A. Boghossian, Nigel F. Reuel, Andrew J. Hilmer, Fatih Sen, Jacqueline A. Brew, Michael S. Strano. Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing. Nature Materials (2014). DOI: 10.1038/nmat3890.
Juan Pablo Giraldo, Markita P. Landry, Sean M. Faltermeier, Thomas P. McNicholas, Nicole M. Iverson, Ardemis A. Boghossian, Nigel F. Reuel, Andrew J. Hilmer, Fatih Sen, Jacqueline A. Brew, Michael S. Strano. Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing. Nature Materials (2014). DOI: 10.1038/nmat3890.
Inicio
Enviar a un amigo
Versión para imprimir
Compartir
La Inteligencia Artificial puede ver a través del espejo
CIENCIA ON LINE