Imagina que en lugar de encender una lámpara cuando oscurece, se podía leer a la luz de una planta brillante en su escritorio.

Los ingenieros del MIT han dado un primer paso fundamental para hacer realidad esa visión. Al incrustar nanopartículas especializadas en las hojas de una planta de berro, indujeron a las plantas a emitir una luz tenue durante casi cuatro horas. Ellos creen que, con una mayor optimización, tales plantas algún día serán lo suficientemente brillantes como para iluminar un espacio de trabajo.

"La visión es hacer una planta que funcione como una lámpara de escritorio, una lámpara que no tenga que enchufar. En última instancia, la luz es alimentada por el metabolismo energético de la propia planta, "dice Michael Strano, el profesor Carbon P. Dubbs de Ingeniería Química en el MIT y el autor principal del estudio.

Esta tecnología también podría utilizarse para proporcionar iluminación interior de baja intensidad, o transformar árboles en farolas autoamplificadas, dicen los investigadores.

Seon-Yeong Kwak, postdoctoral del MIT, es el autor principal del estudio, que aparece en la revista Nano letras .

Plantas nanobiónicas

Nanobiónica vegetal, una nueva área de investigación iniciada por el laboratorio de Strano, tiene como objetivo dar a las plantas características novedosas incorporándolas con diferentes tipos de nanopartículas. El objetivo del grupo es diseñar plantas para que se hagan cargo de muchas de las funciones que ahora realizan los dispositivos eléctricos. Los investigadores han diseñado previamente plantas que pueden detectar explosivos y comunicar esa información a un teléfono inteligente. así como plantas que pueden monitorear las condiciones de sequía.

Encendiendo, que representa aproximadamente el 20 por ciento del consumo mundial de energía, parecía un próximo objetivo lógico. "Las plantas pueden autorepararse, tienen su propia energía, y ya están adaptados al entorno exterior, "Dice Strano." Creemos que esta es una idea cuyo momento ha llegado. Es un problema perfecto para la nanobiónica vegetal ".

Para crear sus plantas resplandecientes, el equipo del MIT recurrió a la luciferasa, la enzima que da a las luciérnagas su brillo. La luciferasa actúa sobre una molécula llamada luciferina, provocando que emita luz. Otra molécula llamada coenzima A ayuda al proceso al eliminar un subproducto de la reacción que puede inhibir la actividad de la luciferasa.

El equipo del MIT empaquetó cada uno de estos tres componentes en un tipo diferente de portador de nanopartículas. Las nanopartículas, que están hechos de materiales que la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. clasifica como "generalmente considerados seguros, "ayudan a que cada componente llegue a la parte correcta de la planta. También evitan que los componentes alcancen concentraciones que podrían ser tóxicas para las plantas".

Los investigadores utilizaron nanopartículas de sílice de unos 10 nanómetros de diámetro para transportar luciferasa, y utilizaron partículas ligeramente más grandes de los polímeros PLGA y quitosano para transportar luciferina y coenzima A, respectivamente. Para introducir las partículas en las hojas de las plantas, los investigadores primero suspendieron las partículas en una solución. Las plantas se sumergieron en la solución y luego se expusieron a alta presión, permitiendo que las partículas ingresen a las hojas a través de pequeños poros llamados estomas.

Las partículas que liberan luciferina y coenzima A fueron diseñadas para acumularse en el espacio extracelular del mesófilo, una capa interna de la hoja, mientras que las partículas más pequeñas que transportan luciferasa ingresan a las células que forman el mesófilo. Las partículas de PLGA liberan gradualmente luciferina, que luego ingresa a las células vegetales, donde la luciferasa realiza la reacción química que hace que la luciferina brille.

Los primeros esfuerzos de los investigadores al comienzo del proyecto produjeron plantas que podían brillar durante unos 45 minutos. que desde entonces han mejorado a 3,5 horas. La luz generada por una plántula de berro de 10 centímetros es actualmente aproximadamente una milésima parte de la cantidad necesaria para leer, pero los investigadores creen que pueden aumentar la luz emitida, así como la duración de la luz, optimizando aún más la concentración y las tasas de liberación de los componentes.

Transformación de plantas

Los esfuerzos anteriores para crear plantas emisoras de luz se han basado en plantas de ingeniería genética para expresar el gen de la luciferasa. pero este es un proceso laborioso que produce una luz extremadamente tenue. Estos estudios se realizaron en plantas de tabaco y Arabidopsis thaliana, que se utilizan comúnmente para estudios fitogenéticos. Sin embargo, el método desarrollado por el laboratorio de Strano podría utilizarse en cualquier tipo de planta. Hasta aquí, lo han demostrado con rúcula, col rizada, y espinacas, además de berros.

Para futuras versiones de esta tecnología, los investigadores esperan desarrollar una forma de pintar o rociar las nanopartículas en las hojas de las plantas, lo que podría permitir transformar árboles y otras plantas grandes en fuentes de luz.

"Nuestro objetivo es realizar un tratamiento cuando la planta es una plántula o una planta madura, y que dure toda la vida de la planta, ", Dice Strano." Nuestro trabajo muy seriamente abre la puerta a farolas que no son más que árboles tratados, ya la iluminación indirecta alrededor de las casas ".

Los investigadores también han demostrado que pueden apagar la luz agregando nanopartículas que llevan un inhibidor de luciferasa. Esto podría permitirles eventualmente crear plantas que apaguen su emisión de luz en respuesta a condiciones ambientales como la luz solar, dicen los investigadores.