Un equipo de investigadores del MIT (el Massachusetts Institute of Technology) ha combinado la experimentación biológica con la nanotecnología en un trabajo que les ha llevado a crear la primera planta biónica, cuyas estructuras originales están apoyadas por nanomateriales e incluso sensores químicos. En un paper de la revista Nature Materials los científicos han explicado su experimento, afirmando que la nueva planta puede absorber un 30% más de luz solar.
Como consecuencia del experimento, la fotosíntesis aumentaría su rendimiento, un objetivo que los investigadores, Michael Strano, profesor de Ingeniería Química en el MIT, y Juan Pablo Giraldo, biólogo en fase de postdoctorado, se habían puesto como meta. Lo han conseguido integrando nanotubos de carbono, unas estructuras alotrópicas del carbono (lo mismo que el diamante o el grafito) con una gran conducción eléctrica y flexibilidad, en los cloroplastos, los orgánulos donde se produce la fotosíntesis.
La investigación, financiada principalmente por el Departamento de Energía de Estados Unidos, no se ha quedado ahí. También ha valorado la posibilidad de incorporar a una planta materiales que puedan actuar como sensores, con capacidad para detectar óxido nítrico y alertar sobre los niveles de contaminación del entorno.
Cómo funciona la primera planta biónica
El trabajo empezó en el terreno de los paneles solares. El profesor Strano, quien ha dirigido las operaciones, se planteó que las placas solares pudieran tener capacidad fotosintética, con todos los beneficios que esto conlleva. A partir de ahí se preguntó cómo reaccionarían los cloroplastos de una planta si se les aislara. Los científicos comprobaron que estos orgánulos, causantes de la fotosíntesis, sólo funcionaban durante unas horas. Pasado este tiempo, la luz y el oxígeno los dañan, algo que las plantas reparan automáticamente pero al estar aislados no era posible.
Con el fin de alargar la vida útil de estos cloroplastos se les añadieron nanopartículas de óxido de cerio (nanoceria). Este compuesto antioxidante hacía la función de protector, evitando el daño de la luz y el oxígeno. Posteriormente también se añadieron nanotubos de carbono revestidos de ADN cargado negativamente, para que se integraran adecuadamente en los cloroplastos. Los nanotubos actuaron como una especie de antena para la luz solar, de la que las plantas habitualmente sólo captan el 10% disponible.
Realizadas estas primeras pruebas, los investigadores decidieron aplicar sus éxitos a una planta viva. Escogieron una Arabidopsis thaliana, a la que mediante una técnica poco traumática introdujeron en la parte inferior de las hojas una solución de nanopartículas, que contenía el óxido de cerio y los nanotubos de carbono. Entrando por los poros (estomas) de la planta, los nanotubos llegaron a los cloroplastos y sumaron su acción a la de los componentes naturales del vegetal.
Durante la fotosíntesis, los pigmentos, como la clorofila, absorben la luz y esto agita a los electrones de la membrana interna del cloroplasto. Esta energía eléctrica generada se utiliza para sintetizar glucosa y fructosa, desprendiéndose en el proceso oxígeno. La acción de los nanotubos de carbono incrementa el movimiento de los electrones.
Las plantas como plataforma de experimentación
El profesor Strano opina que las plantas son muy atractivas como plataforma tecnológica. Recuerda que son capaces de repararse a sí mismas, sobreviven en entornos de gran dureza y tienen su propia fuente de energía. De hecho, los dos investigadores se han planeado incorporar nuevas funciones a estos seres vivos, aparte de las que ya tienen de forma natural. También con nanotubos de carbono, pero de otra clase, han modificado plantas para que detecten óxido nítrico en el ambiente.
Los investigadores han trabajado con nanotubos de carbono para convertirlos en sensores que detecten diferentes compuestos químicos, entre los que están explosivos y armas químicas, como el TNT o el gas nervioso Sarín. Cuando una partícula de estos compuestos se adosa al polímero que recubre el nanotubo, éste cambia su fluorescencia para alertar del peligro. La idea es que en un futuro las plantas puedan servir para monitorizar la contaminación, el uso de pesticidas y otras alteraciones del entorno. Incluso están viendo la posibilidad de incorporar dispositivos electrónicos a los vegetales.
Sin embargo, aún hay cuestiones por aclarar. Una de ellas es saber si la mayor agitación de los electrones, producida por los nanotubos, afecta a la síntesis de glucosa y fructosa.