Se ha desarrollado un nuevo proceso para incorporar y ensamblar espontáneamente nanotubos de carbono (CNT) y nanopartículas captadoras de oxígeno en cloroplastos. la parte de las células vegetales que realiza la fotosíntesis, convirtiendo la luz en energía. La incorporación de CNT mejoró el flujo de electrones asociado con la fotosíntesis en un 49% en los cloroplastos extraídos y en un 30% en las hojas de plantas vivas. y la incorporación de nanopartículas de óxido de cerio (nanoceria) en los cloroplastos extraídos redujo significativamente las concentraciones de superóxido, un compuesto que es tóxico para las plantas.

Los cloroplastos por sí solos absorben la luz solo de la parte visible del espectro solar, permitiendo el acceso a solo alrededor del 50% de la radiación de energía solar incidente, y menos del 10% de la luz solar plena satura la capacidad del aparato fotosintético. Se cree que este enfoque nano-bio aumenta la amplitud del espectro solar que se utiliza para producir energía y se espera que contribuya al desarrollo de materiales biomiméticos con actividad fotosintética mejorada y estabilidad mejorada frente a la degradación oxidativa.

Se ha desarrollado un nuevo enfoque nanobiónico que imparte una mayor actividad fotosintética a las hojas de las plantas y a los cloroplastos extraídos de las plantas. los orgánulos biológicos que convierten el dióxido de carbono capturado en energía solar. Si bien los cloroplastos albergan toda la maquinaria bioquímica necesaria para la fotosíntesis, poco se sabe sobre cómo diseñar cloroplastos extraídos de plantas a largo plazo, Aprovechamiento estable de energía solar. Ahora, Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han descubierto que los nanotubos de carbono de pared simple (CNT) altamente cargados recubiertos con ADN y quitosano (una biomolécula derivada de las conchas de camarones y otros crustáceos) pueden penetrar espontáneamente en los cloroplastos.

Este nuevo proceso de penetración de la envoltura de intercambio de lípidos (LEEP) para incorporar las nanoestructuras implica envolver CNT o nanopartículas con moléculas de ADN o polímero altamente cargadas, permitiéndoles penetrar en la grasa, membranas hidrofóbicas que rodean a los cloroplastos. La incorporación de CNT en los cloroplastos extraídos de plantas mejoró la actividad fotosintética del cloroplasto en un 49% en comparación con el control. Cuando estos nanocompuestos se incorporaron a los cloroplastos de hojas de plantas vivas, el flujo de electrones asociado con la fotosíntesis se incrementó en un 30%.

Estos resultados son consistentes con la idea de que los nanotubos de carbono semiconductores pueden expandir la captura de luz por los materiales vegetales a otras partes del espectro solar como el verde, infrarrojo cercano y ultravioleta. Otra limitación importante en el uso de cloroplastos extraídos para aplicaciones de energía solar es que se descomponen fácilmente debido al daño inducido por la luz y el oxígeno en las proteínas fotosintéticas. Cuando se combinaron potentes captadores de radicales de oxígeno, como nanopartículas de óxido de cerio (nanoceria) con un polímero altamente cargado (ácido poliacrílico) y se incorporaron en cloroplastos extraídos mediante el proceso LEEP, el daño a los cloroplastos por superóxidos y otras especies reactivas de oxígeno se redujo drásticamente. Se espera que este enfoque nanobiónico contribuya al desarrollo de materiales biomiméticos para la captación de luz y la conversión de energía solar. así como detección bioquímica con propiedades regenerativas y eficiencia mejorada.