Un laboratori d'enginyeria química del MIT, sota la direcció del professor Michael Strano i amb finançament del Departament d'Energia dels Estats Units, ha dut a terme estudis relatius a la utilització de nanotecnologies en el món vegetal.
Ha demostrat, per exemple, que la capacitat d'absorció de la radiació solar per les plantes pot ser augmentada d'un 30% introduint nanotubs de carboni als cloroplasts, on té lloc la fotosíntesi.
L'equip del MIT també ha estat capaç, amb el mateix mètode, de convertir les plantes en captadors químics per detectar substàncies tòxiques o perilloses en dosis molt petites a l'ambient.
L'activitat dels investigadors, que han anomenat aquest nou camp de recerca nanobiònica de les plantes, ha estat publicada a la revista Nature Materials.
Infusió amb nanopartícules de les fulles d'Arabidopsis thaliana. (© Bryce Vickmark)
Els cloroplasts són sensibles només a la part visible de l'espectre solar i, al capdavall, l'energia lluminosa convertida pel vegetal és menys del 10% de l'energia total que hi incideix.
Tenint en compte la gran capacitat d'absorció de l'espectre lluminós que tenen els nanotubs de carboni, que capten longituds d'ona que inclouen l'ultraviolat per un extrem i l'infraroig proper per l'altre, l'equip del MIT va veure la possibilitat de fer servir aquests nanotubs per augmentar la capacitat d'absorció de les plantes cap a freqüències que per si soles no poden captar.
Fent servir una tècnica semblant a la que els permet de perllongar la vida dels cloroplasts utilitzats ex vivo, i que consisteix a injectar-los nanopartícules d'òxid de ceri (capaces de capturar els radicals lliures que malmeten el cloroplast) embolcallades en àcid poliacrílic, una molècula altament carregada, que facilita la penetració de les nanopartícules a través de la membrana lipídica dels orgànuls, l'equip del MIT va embolcallar amb ADN, de càrrega negativa, nanotubs de carboni per facilitar-ne la inclusió als cloroplasts.
I el resultat va ser que l'activitat fotosintètica dels cloroplasts amb nanotubs, mesurada a partir del flux d'electrons que en travessaven les membranes tilacoides, era superior en un 49% a la dels cloroplasts sense nanotubs.
L'experiència va ser reproduïda, doncs, en una planta viva de l'espècie Arabidopsis thaliana, on les nanopartícules de carboni es van introduir pels estomes de les fulles i es van escampar per difusió vascular.
En aquest cas, l'augment provocat pels nanotubs de carboni en el flux electrònic de la fotosíntesi va ser d'un 30%: inferior al de la prova feta amb cloroplasts aïllats, però notable.
Els resultats dels nanotubs de carboni empeltats als cloroplasts es llegeixen amb un microscopi de longitud d'ona propera a l'infraroig. (© Bryce Vickmark)
Anant una mica més enllà, l'equip del professor Strano ha demostrat la possibilitat de convertir les plantes en detectors de substàncies químiques concretes, mitjançant la introducció en els vegetals de nanotubs de carboni embolcallats en polímers específics que fan que es modifiqui la fluorescència del nanotub quan entra en contacte amb la substància buscada, per petita que en sigui la concentració.
Però segons els investigadors, s'obre un important camp per a la detecció en temps real de pesticides, d'explosius, d'infeccions fúngiques o de toxines bacterianes, entre molts altres agents perillosos, tòxics o infecciosos.
Canvi climàtic i energia.Mitigació.