p As plantas têm muitas funções valiosas:fornecem alimento e combustível, liberar o oxigênio que respiramos, e adicionar beleza ao nosso entorno. Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT quer tornar as plantas ainda mais úteis, aumentando-as com nanomateriais que podem aumentar sua produção de energia e dar-lhes funções completamente novas, como monitoramento de poluentes ambientais. p Em um novo Materiais da Natureza papel, os pesquisadores relatam o aumento da capacidade das plantas de capturar energia luminosa em 30 por cento incorporando nanotubos de carbono no cloroplasto, a organela da planta onde ocorre a fotossíntese. Usando outro tipo de nanotubo de carbono, eles também modificaram plantas para detectar o gás óxido nítrico.

p Juntos, estes representam os primeiros passos no lançamento de um campo científico que os pesquisadores apelidaram de "nanobiônica de plantas".

p “As plantas são muito atraentes como plataforma de tecnologia, "diz Michael Strano, o Carbon P. Dubbs Professor de Engenharia Química e líder da equipe de pesquisa do MIT. "Eles se consertam, eles são ambientalmente estáveis ​​lá fora, eles sobrevivem em ambientes hostis, e fornecem sua própria fonte de energia e distribuição de água. "

p Strano e o autor principal do artigo, pós-doutorado e biólogo vegetal Juan Pablo Giraldo, imagino transformar plantas em autoalimentadas, dispositivos fotônicos, como detectores de explosivos ou armas químicas. Os pesquisadores também estão trabalhando na incorporação de dispositivos eletrônicos às plantas. "O potencial é realmente infinito, "Strano diz.

p Fotossíntese sobrecarregada

p A ideia de plantas nanobiônicas surgiu de um projeto no laboratório de Strano para construir células solares autorreparáveis ​​modeladas em células vegetais. Como uma próxima etapa, os pesquisadores queriam tentar aumentar a função fotossintética de cloroplastos isolados de plantas, para possível uso em células solares.

p Os cloroplastos hospedam todo o maquinário necessário para a fotossíntese, que ocorre em duas etapas. Durante a primeira fase, pigmentos como a clorofila absorvem luz, que excita os elétrons que fluem através das membranas tilacóides do cloroplasto. A planta captura essa energia elétrica e a usa para alimentar o segundo estágio da fotossíntese - açúcares de construção.

p Os cloroplastos ainda podem realizar essas reações quando removidos das plantas, mas depois de algumas horas, eles começam a se decompor porque a luz e o oxigênio danificam as proteínas fotossintéticas. Normalmente, as plantas podem reparar completamente esse tipo de dano, mas os cloroplastos extraídos não podem fazer isso por conta própria.

p Para prolongar a produtividade dos cloroplastos, os pesquisadores os incorporaram com nanopartículas de óxido de cério, também conhecido como nanoceria. Essas partículas são antioxidantes muito fortes que eliminam os radicais de oxigênio e outras moléculas altamente reativas produzidas pela luz e pelo oxigênio, protegendo os cloroplastos de danos.

p Os pesquisadores entregaram nanoceria nos cloroplastos usando uma nova técnica que desenvolveram chamada penetração do envelope de troca lipídica, ou LEEP. Envolvendo as partículas em ácido poliacrílico, uma molécula altamente carregada, permite que as partículas penetrem na gordura, membranas hidrofóbicas que envolvem os cloroplastos. Nestes cloroplastos, os níveis de moléculas prejudiciais caíram drasticamente.

p Usando a mesma técnica de entrega, os pesquisadores também incorporaram nanotubos de carbono semicondutores, revestido de DNA com carga negativa, nos cloroplastos. As plantas normalmente usam apenas cerca de 10 por cento da luz solar disponível para elas, mas os nanotubos de carbono podem atuar como antenas artificiais que permitem que os cloroplastos capturem comprimentos de onda de luz fora de sua faixa normal, como ultravioleta, verde, e infravermelho próximo.

p Com os nanotubos de carbono parecendo agir como um "fotoabsorvente protético, "A atividade fotossintética - medida pela taxa de fluxo de elétrons através das membranas tilacóides - foi 49 por cento maior do que em cloroplastos isolados sem nanotubos incorporados. Quando os nanocérios e os nanotubos de carbono foram entregues juntos, os cloroplastos permaneceram ativos por algumas horas extras.

p Os pesquisadores então se voltaram para plantas vivas e usaram uma técnica chamada infusão vascular para entregar nanopartículas em Arabidopsis thaliana , uma pequena planta com flor. Usando este método, os pesquisadores aplicaram uma solução de nanopartículas na parte inferior da folha, onde penetrou minúsculos poros conhecidos como estômatos, que normalmente permitem que o dióxido de carbono entre e o oxigênio saia. Nessas fábricas, os nanotubos se moveram para o cloroplasto e aumentaram o fluxo de elétrons fotossintéticos em cerca de 30 por cento.

p Ainda está para ser descoberto como esse fluxo extra de elétrons influencia a produção de açúcar das plantas. "Esta é uma pergunta que ainda estamos tentando responder em laboratório:Qual é o impacto das nanopartículas na produção de combustíveis químicos como a glicose?" Giraldo diz.

p Máquinas verdes enxutas

p Os pesquisadores também mostraram que podiam virar Arabidopsis thaliana plantas em sensores químicos, entregando nanotubos de carbono que detectam o óxido nítrico gasoso, um poluente ambiental produzido pela combustão.

p O laboratório de Strano já desenvolveu sensores de nanotubos de carbono para muitos produtos químicos diferentes, incluindo peróxido de hidrogênio, o explosivo TNT, e o gás nervoso sarin. Quando a molécula alvo se liga a um polímero enrolado em torno do nanotubo, altera a fluorescência do tubo.

p "Poderíamos algum dia usar esses nanotubos de carbono para fazer sensores que detectam em tempo real, no nível de uma única partícula, radicais livres ou moléculas de sinalização que estão em concentração muito baixa e difíceis de detectar, "Diz Giraldo.

p Adaptando os sensores a diferentes alvos, os pesquisadores esperam desenvolver plantas que possam ser usadas para monitorar a poluição ambiental, pesticidas, infeções fungais, ou exposição a toxinas bacterianas. Eles também estão trabalhando na incorporação de nanomateriais eletrônicos, como o grafeno, em plantas.

p "Agora mesmo, quase ninguém está trabalhando neste campo emergente, "Diz Giraldo." É uma oportunidade para as pessoas da biologia vegetal e da comunidade da nanotecnologia da engenharia química trabalharem juntas em uma área de grande potencial. "