Os pesquisadores da Universidade do Colorado em Boulder desenvolveram organismos nanobio-híbridos capazes de usar dióxido de carbono e nitrogênio transportados pelo ar para produzir uma variedade de plásticos e combustíveis, um primeiro passo promissor em direção ao sequestro de carbono de baixo custo e fabricação ecológica de produtos químicos.

Ao usar pontos quânticos ativados por luz para disparar enzimas específicas dentro das células microbianas, os pesquisadores foram capazes de criar "fábricas vivas" que comem CO2 prejudicial e convertê-lo em produtos úteis, como plástico biodegradável, Gasolina, amônia e biodiesel.

"A inovação é uma prova do poder dos processos bioquímicos, "disse Prashant Nagpal, autor principal da pesquisa e professor assistente no Departamento de Engenharia Química e Biológica da CU Boulder. "Estamos procurando uma técnica que possa melhorar a captura de CO2 para combater as mudanças climáticas e, um dia, até mesmo substituir potencialmente a manufatura intensiva em carbono de plásticos e combustíveis."

O projeto começou em 2013, quando Nagpal e seus colegas começaram a explorar o amplo potencial dos pontos quânticos nanoscópicos, que são minúsculos semicondutores semelhantes aos usados ​​em aparelhos de televisão. Os pontos quânticos podem ser injetados nas células passivamente e são projetados para se anexar e se automontar às enzimas desejadas e, em seguida, ativar essas enzimas sob comando, usando comprimentos de onda de luz específicos.

Nagpal queria ver se os pontos quânticos poderiam atuar como uma vela de ignição para disparar enzimas específicas dentro das células microbianas que têm os meios para converter CO2 e nitrogênio transportados pelo ar, mas não o faça naturalmente devido à falta de fotossíntese.

Ao difundir os pontos especialmente adaptados nas células de espécies microbianas comuns encontradas no solo, Nagpal e seus colegas reduziram a lacuna. Agora, a exposição até mesmo a pequenas quantidades de luz solar indireta ativaria o apetite de CO2 dos micróbios, sem a necessidade de qualquer fonte de energia ou alimento para realizar as conversões bioquímicas de uso intensivo de energia.

"Cada célula está produzindo milhões desses produtos químicos e mostramos que eles podem exceder seu rendimento natural em cerca de 200 por cento, "Disse Nagpal.

Os micróbios, que repousam dormentes na água, liberar seu produto resultante para a superfície, onde pode ser desnatado e colhido para a fabricação. Diferentes combinações de pontos e luz produzem produtos diferentes:comprimentos de onda verdes fazem com que as bactérias consumam nitrogênio e produzam amônia, enquanto comprimentos de onda mais vermelhos fazem os micróbios se banquetearem de CO2 para produzir plástico.

O processo também mostra sinais promissores de poder operar em escala. O estudo descobriu que mesmo quando as fábricas microbianas eram ativadas de forma consistente por horas a fio, eles mostraram poucos sinais de exaustão ou esgotamento, indicando que as células podem se regenerar e, assim, limitar a necessidade de rotação.

"Ficamos muito surpresos ao ver que funcionou tão elegantemente, "Nagpal disse." Estamos apenas começando com os aplicativos sintéticos. "

O cenário futurista ideal, Nagpal disse, seria ter residências unifamiliares e empresas canalizando suas emissões de CO2 diretamente para um reservatório próximo, onde os micróbios os converteriam em um bioplástico. Os proprietários seriam capazes de vender o produto resultante com um pequeno lucro enquanto, essencialmente, compensavam sua própria pegada de carbono.

"Mesmo que as margens sejam baixas e não possa competir com a petroquímica puramente pelo custo, ainda há benefício para a sociedade em fazer isso, "Disse Nagpal." Se pudéssemos converter até mesmo uma pequena fração das fossas locais, teria um impacto considerável na emissão de carbono das cidades. Não seria pedir muito para as pessoas implementarem. Muitos já fazem cerveja em casa, por exemplo, e isso não é mais complicado. "

O foco agora, ele disse, mudará para otimizar o processo de conversão e trazer novos alunos de graduação. Nagpal está tentando converter o projeto em um experimento de laboratório de graduação no semestre de outono, financiado por uma concessão do Fundo de Excelência em Engenharia da CU Boulder. Nagpal credita a seus alunos atuais que mantiveram o projeto ao longo de muitos anos.

"Foi uma longa jornada e o trabalho deles foi inestimável, "disse ele." Acho que esses resultados mostram que valeu a pena. "