La iluminación de las plantas nanobiónicas podría algún día reemplazar alguna iluminación eléctrica.
Iluminación de un libro (“Paradise Lost”, de John Milton) con las plantas emisoras de luz nanobiónica (dos plantas de berros de 3.5 semanas de edad). El libro y las plantas de berros emisores de luz se colocaron frente a un papel reflectante para aumentar la influencia de las plantas emisoras de luz en las páginas del libro.
Imagine que en lugar de encender una lámpara cuando oscurece, podría leer a la luz de una planta brillante en su escritorio.
Los ingenieros de MIT han dado un primer paso fundamental para hacer realidad esa visión. Al incorporar nanopartículas especializadas en las hojas de una planta de berros, indujeron a las plantas a emitir luz tenue durante casi cuatro horas. Creen que, con una mayor optimización, dichas plantas algún día serán lo suficientemente brillantes como para iluminar un espacio de trabajo.
“La visión es hacer una planta que funcione como una lámpara de escritorio, una lámpara que no tenga que enchufar. La luz es impulsada finalmente por el metabolismo energético de la planta en sí”, dice Michael Strano, el Carbon P Dubbs Profesor de Ingeniería Química en el MIT y autor principal del estudio.
Esta tecnología también podría usarse para proporcionar iluminación interior de baja intensidad, o para transformar árboles en farolas autónomas, dicen los investigadores.
Postdoc del MIT Seon-Yeong Kwak es el autor principal del estudio, que aparece en la revista Nano Letters .
Plantas nanobiónicas
Plant nanobionics, un nuevo área de investigación promovida por el laboratorio de Strano, tiene como objetivo proporcionar a las plantas características novedosas incrustándolas con diferentes tipos de nanopartículas. El objetivo del grupo es diseñar plantas para que se encarguen de muchas de las funciones que ahora realizan los dispositivos eléctricos. Los investigadores han diseñado previamente plantas que pueden detectar explosivos y comunicar esa información a un teléfono inteligente, así como a plantas que pueden monitorear condiciones de sequía .
La iluminación, que representa aproximadamente el 20 por ciento del consumo mundial de energía, parecía ser el próximo objetivo lógico. “Las plantas pueden autorrepararse, tienen su propia energía y ya están adaptadas al entorno exterior”, dice Strano. “Creemos que esta es una idea cuyo momento ha llegado. Es un problema perfecto para la nanobiónica de plantas “.
Para crear sus plantas brillantes, el equipo del MIT recurrió a la luciferasa, la enzima que les da brillo a las luciérnagas. La luciferasa actúa sobre una molécula llamada luciferina, que la hace emitir luz. Otra molécula llamada coenzima A ayuda al proceso eliminando un subproducto de la reacción que puede inhibir la actividad de la luciferasa.
El equipo de MIT empaquetó cada uno de estos tres componentes en un tipo diferente de portador de nanopartículas. Las nanopartículas, que están hechas de materiales que la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. Clasifica como “generalmente considerados seguros”, ayudan a que cada componente llegue a la parte correcta de la planta. También evitan que los componentes alcancen concentraciones que podrían ser tóxicas para las plantas.
Los investigadores usaron nanopartículas de sílice de unos 10 nanómetros de diámetro para portar luciferasa, y usaron partículas un poco más grandes de los polímeros PLGA y quitosano para transportar luciferina y la coenzima A, respectivamente. Para obtener las partículas en las hojas de las plantas, los investigadores primero suspendieron las partículas en una solución. Las plantas se sumergieron en la solución y luego se expusieron a alta presión, permitiendo que las partículas ingresaran a las hojas a través de pequeños poros llamados estomas.
Las partículas que liberan luciferina y la coenzima A se diseñaron para acumularse en el espacio extracelular del mesófilo, una capa interna de la hoja, mientras que las partículas más pequeñas que llevan luciferasa ingresan a las células que forman el mesófilo. Las partículas de PLGA liberan gradualmente luciferina, que luego ingresa en las células de la planta, donde la luciferasa realiza la reacción química que hace luciferina brillar.
Los primeros esfuerzos de los investigadores al comienzo del proyecto produjeron plantas que podrían brillar durante aproximadamente 45 minutos, y desde entonces han mejorado a 3,5 horas. La luz generada por una plántula de berro de 10 centímetros es actualmente alrededor de una milésima de la cantidad necesaria para leer, pero los investigadores creen que pueden aumentar la luz emitida, así como la duración de la luz, al optimizar aún más la concentración y liberación tasas de los componentes.
Transformación de plantas
Los esfuerzos anteriores para crear plantas emisoras de luz han dependido de las plantas de ingeniería genética para expresar el gen de la luciferasa, pero este es un proceso laborioso que produce una luz extremadamente tenue. Esos estudios se realizaron en plantas de tabaco y Arabidopsis thaliana , que se usan comúnmente para estudios de genética vegetal. Sin embargo, el método desarrollado por el laboratorio de Strano podría usarse en cualquier tipo de planta. Hasta ahora, lo han demostrado con rúcula, col rizada y espinaca, además de berros.
Para las versiones futuras de esta tecnología, los investigadores esperan desarrollar una forma de pintar o pulverizar las nanopartículas en las hojas de las plantas, lo que podría permitir la transformación de árboles y otras plantas grandes en fuentes de luz.
“Nuestro objetivo es realizar un tratamiento cuando la planta es una plántula o una planta madura, y que dure toda la vida de la planta”, dice Strano. “Nuestro trabajo abre muy seriamente la entrada a las farolas que no son más que árboles tratados, y a la iluminación indirecta alrededor de las casas”.
Los investigadores también han demostrado que pueden apagar la luz mediante la adición de nanopartículas que llevan un inhibidor de la luciferasa. Esto podría permitirles eventualmente crear plantas que bloqueen su emisión de luz en respuesta a condiciones ambientales como la luz solar, dicen los investigadores.
La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Fuente: MIT