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Piante nanobioniche per catturare energia e rilevare l’inquinamento

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Trasformare le piante in dispositivi fotonici autoalimentati capaci di aumentare la quantità di energia luminosa catturata e da usare come rilevatori di esplosivi, armi chimiche e inquinanti ambientali.

Quello delle piante nanobiotiche è un campo di studi molto recente, che sembra avere delle potenzialità infinite. Lo studio in questione è nato all’interno di un progetto per la costruzione di celle solari in grado di autoripararsi.

È questo quanto si prefigge un nuovo studio pubblicato su Nature Materials, e condotto da un team di ricerca del Massachusetts Institute of Technology (Mit). Grazie all’integrazione di nanotubi di carbonio nei cloroplasti – i piccoli organi in cui avviene la fotosintesi – i ricercatori del MIT sarebbero riusciti a potenziare del 30% la capacità delle piante di catturare energia luminosa, oppure, con altri microtubi, a farle rilevare la presenza del monossido d’azoto.

Usando la fotosintesi come modello di partenza, i ricercatori hanno cercato di migliorare le funzioni fotosintetiche dei cloroplasti isolati dalle piante, in modo da poterli successivamente trapiantare nelle celle solari.

Per prolungare la vita dei cloroplasti, quindi, i ricercatori hanno incorporato delle nanoparticelle di ossido di cerio, noto anche come nanoceria. Essendo dei forti antiossidanti, le nanoparticelle eliminano i radicali dell’ossigeno e altre molecole altamente reattive, evitando che i cloroplasti vengano danneggiati e allungando vita e capacità.

Usando la stessa tecnica i ricercatori hanno anche incorporato nei cloroplasti dei nanotubi di carbonio, un tipo di semiconduttore rivestito di DNA carico negativamente. I nanotubi di carbonio, in questo caso, fungono come una sorta di antenna artificiale che consente ai cloroplasti di catturare altre lunghezze d’onda della luce, diverse da quelle normalmente captate dalle piante.

Con i nanotubi di carbonio che agiscono come una protesi fotoassorbente, l’attività fotosintetica, misurata dal flusso di elettroni, è risultata del 49% superiore a quella in cloroplasti isolati senza nanotubi incorporati.

I ricercatori hanno sottoposto a questa procedura un esemplare di Arabidopsis thaliana. La pianta è stata sottoposta a una infusione vescicolare di nanoparticelle, che è andata a potenziare la parte inferiore della foglia, dove sono situati i pori o stomi che normalmente consentono all’anidride carbonica di fluire e all’ossigeno di defluire.

Dopo l’operazione, il flusso di elettroni risultava incrementato. In genere, infatti, le piante usano solo il 10% della luce solare. Dopo il potenziamento, l’esemplare di Arabidopsis thaliana è riuscito a catturare anche la luce ultravioletta e infrarossa, incrementando l’attività foto sintetica del 49%.

Non solo, i ricercatori hanno anche dimostrato che potrebbero trasformare le stesse piante in sensori chimici introducendo nanotubi di carbonio che rilevano l’ossido nitrico, un inquinante ambientale prodotto dalla combustione, ma anche il TNT esplosivo e il gas nervino. Adattando i sensori ai diversi target, i ricercatori sperano di sviluppare impianti utili a monitorare l’inquinamento ambientale, i pesticidi, le infezioni fungine o l’esposizione a tossine batteriche.

(Foto: Gnilenkov Aleksey)