Los investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder han desarrollado organismos nanobiohíbridos capaces de utilizar dióxido de carbono y nitrógeno en el aire para producir una variedad de plásticos y combustibles. un primer paso prometedor hacia el secuestro de carbono a bajo costo y la fabricación ecológica de productos químicos.

Mediante el uso de puntos cuánticos activados por la luz para disparar enzimas particulares dentro de las células microbianas, los investigadores pudieron crear "fábricas vivientes" que comen CO2 nocivo y lo convierten en productos útiles como plástico biodegradable, gasolina, amoniaco y biodiesel.

"La innovación es un testimonio del poder de los procesos bioquímicos, "dijo Prashant Nagpal, autor principal de la investigación y profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de CU Boulder. "Estamos buscando una técnica que podría mejorar la captura de CO2 para combatir el cambio climático y, algún día, incluso potencialmente reemplazar la fabricación intensiva en carbono para plásticos y combustibles".

El proyecto se inició en 2013, cuando Nagpal y sus colegas comenzaron a explorar el amplio potencial de los puntos cuánticos nanoscópicos, que son diminutos semiconductores similares a los que se utilizan en los televisores. Los puntos cuánticos se pueden inyectar en las células de forma pasiva y están diseñados para adherirse y autoensamblarse a las enzimas deseadas y luego activar estas enzimas a la orden utilizando longitudes de onda de luz específicas.

Nagpal quería ver si los puntos cuánticos podían actuar como una bujía para disparar enzimas particulares dentro de las células microbianas que tienen los medios para convertir el CO2 y el nitrógeno en el aire. pero no lo haga de forma natural debido a la falta de fotosíntesis.

Al difundir los puntos especialmente diseñados en las células de especies microbianas comunes que se encuentran en el suelo, Nagpal y sus colegas salvaron la brecha. Ahora, la exposición incluso a pequeñas cantidades de luz solar indirecta activaría el apetito de CO2 de los microbios, sin necesidad de ninguna fuente de energía o alimentos para llevar a cabo las conversiones bioquímicas de alto consumo energético.

"Cada célula produce millones de estos productos químicos y demostramos que podrían superar su rendimiento natural en casi un 200 por ciento, "Dijo Nagpal.

Los microbios que yacen dormidos en el agua, liberar su producto resultante a la superficie, donde se puede desnatar y recolectar para su fabricación. Diferentes combinaciones de puntos y luz producen diferentes productos:las longitudes de onda verdes hacen que las bacterias consuman nitrógeno y produzcan amoníaco, mientras que las longitudes de onda más rojas hacen que los microbios se deleiten con el CO2 para producir plástico en su lugar.

El proceso también muestra signos prometedores de poder operar a escala. El estudio encontró que incluso cuando las fábricas de microbios se activaban constantemente durante horas seguidas, mostraban pocos signos de agotamiento o agotamiento, lo que indica que las células pueden regenerarse y así limitar la necesidad de rotación.

"Nos sorprendió mucho que funcionara con tanta elegancia como lo hizo, ", Dijo Nagpal." Recién estamos comenzando con las aplicaciones sintéticas ".

El escenario futurista ideal, Nagpal dijo:sería tener viviendas unifamiliares y negocios canalizando sus emisiones de CO2 directamente a un estanque de retención cercano, donde los microbios los convertirían en bioplásticos. Los propietarios podrían vender el producto resultante por una pequeña ganancia y, al mismo tiempo, compensar esencialmente su propia huella de carbono.

"Incluso si los márgenes son bajos y no puede competir con los petroquímicos en términos de costos puros, todavía hay un beneficio social al hacer esto, ", Dijo Nagpal." Si pudiéramos convertir incluso una pequeña fracción de los estanques de zanjas locales, tendría un impacto considerable en la producción de carbono de las ciudades. No sería mucho pedir a la gente que lo implementara. Muchos ya hacen cerveza en casa, por ejemplo, y esto no es más complicado ".

El enfoque ahora él dijo, pasará a optimizar el proceso de conversión y atraer nuevos estudiantes de pregrado. Nagpal busca convertir el proyecto en un experimento de laboratorio de pregrado en el semestre de otoño, financiado por una subvención del Fondo de Excelencia en Ingeniería de CU Boulder. Nagpal da crédito a sus estudiantes actuales por seguir con el proyecto a lo largo de muchos años.

"Ha sido un largo viaje y su trabajo ha sido invaluable, ", dijo." Creo que estos resultados muestran que valió la pena ".