Plantas nanobiónicas que pueden reemplazar en un futuro no muy lejano a la luz eléctrica

Plantas nanobiónicas que pueden reemplazar en un futuro no muy lejano a la luz eléctrica

jueves 14 de diciembre de 2017, 16:46h
Los investigadores creen que dichas plantas algún día serán lo suficientemente brillantes como para iluminar un espacio de trabajo. La iluminación representa el 20% del consumo mundial de energía.

Puede llegar el día en que en lugar de encender una lámpara cuando oscurece, podrás leer a la luz de una planta brillante colocada como si de un plafón se tratara en tu escritorio.

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 berro las cuales indujeron a emitir una tenue luz durante casi cuatro horas. Se trata solo del primer paso pues los investigadores creen que, con una mayor optimización del proceso, dichas plantas algún día serán lo suficientemente brillantes como para iluminar un espacio de trabajo.

"Nuestra intención es conseguir una planta que funcione como una lámpara de escritorio; una lámpara que no haya que enchufar y cuya emisión de luz es impulsada por el metabolismo energético de la propia planta", declara Michael Strano, Profesor de Ingeniería Química en el MITy director del estudio. Según apuntan los investigadores, esta tecnología también podría proporcionar una iluminación interior de baja intensidad, o incluso utilizarse para transformar árboles en farolas autónomas.

Las plantas nanobiónicas pertenecen a un nuevo área de investigación tiene como objetivo proporcionar a los seres del reino vegetal nuevas características a partir de agregación de nanopartículas que se integren en su metabolismo. El objetivo del grupo de investigación del MIT es diseñar plantas que puedan suplir muchas de las funciones que ahora realizan los dispositivos eléctricos.

En este sentido los científicos ya han logrado diseñar especies que pueden detectar explosivos, comunicar información a un teléfono inteligente, así como plantas capaces de monitorear condiciones de sequía. La iluminación, que representa aproximadamente el 20% del consumo mundial de energía, parecía ser el próximo objetivo lógico. "Las plantas pueden autorrepararse, obtienen su propia energía y ya están adaptadas a sus entornos", dice Strano. "Creemos que ha llegado el momento de afrontar la problemática desde nuestra disciplina. 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. Esta encima actúa sobre una molécula llamada luciferinahaciéndole emitir luz. Durante el proceso es posible que se produzca la liberación de ciertos subproductos, y es por ello que los científicos también introdujeron en las plantas estudiadas una molécula llamada coenzima A, la cual ayuda al proceso eliminando estos subproductos 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, diseñadas a partir de materiales que la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos clasifica como "generalmente considerados seguros", tienen la función de que cada componente llegue a la parte correcta de la planta, evitando del mismo modo que estos alcancen concentraciones que podrían ser tóxicas para las plantas.

Los investigadores usaron nanopartículas de sílice y otros polímeros para transportar luciferina y la coenzima A, la cual hicieron llegar a las hojas y estomas de las plantas sumergiéndolas en una disolución acuosa. Las partículas que liberan luciferina y la coenzima A se diseñaron para acumularse en las capas internas de las hojas, mientras que las partículas más pequeñas portadoras de luciferasa quedan en capas más exteriores. Es de este modo que la luciferasa es liberada gradualmente por la planta haciéndola brillar al producirse controladamente la reacción química.

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.

Hasta ahora los esfuerzos anteriores para crear plantas emisoras de luz siempre habían dependido de la ingeniería genética de modo que el genoma de las plantas era modificado en aras de expresar el gen de la luciferasa. Este era un proceso muy laborioso y cuyos resultados eran muy exiguos, produciéndose una emisión de luz extremadamente tenue. Dichos estudios genéticos se realizaron en plantas de tabaco y Arabidopsis thaliana – una especie común en Europa, Asia, y el noroeste de África- usadas comúnmente para estudios de genética vegetal.

Sin embargo, el método desarrollado por el laboratorio de Strano podría emplearse en cualquier tipo de planta. Hasta ahora han demostrado su funcionamierto, además de en los berros, en ejemplares de rúcula, col rizada y espinaca. Para las versiones futuras de esta tecnología, los investigadores esperan desarrollar una forma de “pintar” o “pulverizar” las nanopartículas en las hojas de todo tipo de vegetales, lo que podría permitir la transformación de árboles y otras plantas grandes en fuentes de luz.

Planteada esta posibilidad, el problema sea quizá como evitar dicha emisión de luz en caso necesario. Sin embargo los investigadores también han demostrado que pueden “apagar” la luz mediante la adición de nanopartículas portadoras de 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 del sol.

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