Gli ingegneri hanno creato le piante che illuminano

Gli ingegneri hanno creato le piante che illuminano

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12/12/2017 Release by Acquaponica

In Sintesi

L’illuminazione delle piante nanobiotiche potrebbe sostituire, un giorno, l’illuminazione elettrica

La notizia

Immagina che, invece di accendere una lampada quando fa buio, potresti leggere alla luce di una pianta luminosa sulla tua scrivania.

Gli ingegneri statunitensi del MIT, Massachusetts Institute of Technology, hanno compiuto un primo passo fondamentale per rendere questa visione una realtà. Incorporando nanoparticelle specializzate nelle foglie di una pianta di crescione, gli ingegneri hanno indotto le piante a emettere luce fioca per quasi quattro ore. Credono che, con un'ulteriore ottimizzazione, tali piante, un giorno, saranno abbastanza luminose da illuminare uno spazio di lavoro.

“L’idea è di realizzare una pianta che funzionerà come una lampada da scrivania – una lampada che non devi collegare all’elettricità. La luce è definitivamente alimentata dal metabolismo energetico della pianta stessa”, riferisce Michael Strano, il Carbon P. Dubbs, professore di Ingegneria Chimica al MIT e autore senior dello studio.

Questa tecnologia potrebbe anche essere utilizzata per fornire illuminazione per interni a bassa intensità o per trasformare gli alberi in lampioni autoalimentati, dicono i ricercatori.

La post dottoranda del MIT Seon-Yeong Kwak è l’autrice principale dello studio, che appare sul giornale Nano Letters.



Piante nanobioniche

Le piante nanobiotiche, una nuova area di ricerca introdotta dal laboratorio del Dott. Strano, mira a dare nuove caratteristiche alle piante, incorporandole con diversi tipi di nanoparticelle. L'obiettivo del gruppo è quello di ingegnerizzare le piante per assumere il controllo di molte delle funzioni ora svolte dai dispositivi elettrici. I ricercatori hanno precedentemente progettato piante in grado di rilevare gli esplosivi e comunicare tali informazioni a uno smartphone, nonché a impianti in grado di monitorare le condizioni di siccità.

L'illuminazione, che rappresenta circa il 20% del consumo energetico mondiale, sembrava un obiettivo logico successivo. "Le piante possono auto-ripararsi, hanno la loro energia e sono già adattate all'ambiente esterno", dice Strano. "Pensiamo che questa sia un'idea il cui tempo è arrivato. È un problema perfetto per i nanobionici delle piante".

Per creare le loro piante incandescenti, la squadra del MIT si è rivolta alla luciferasi, l'enzima che dà alle lucciole il loro bagliore. La luciferasi agisce su una molecola chiamata luciferina, facendole emettere luce. Un'altra molecola chiamata coenzima A aiuta il processo a rimuovere un sottoprodotto di reazione che può inibire l'attività della luciferasi.

Il team del MIT ha confezionato ciascuno di questi tre componenti in un diverso tipo di portatore di nanoparticelle. Le nanoparticelle, che sono tutte costituite da materiali che la US Food and Drug Administration classifica come "generalmente considerate sicure", aiutano ogni componente a raggiungere la parte giusta della pianta. Inoltre, impediscono ai componenti di raggiungere concentrazioni che potrebbero essere tossiche per le piante.

I ricercatori hanno usato nanoparticelle di silice di circa 10 nanometri di diametro per trasportare la luciferasi, e hanno usato particelle leggermente più grandi dei polimeri PLGA e chitosano per trasportare, rispettivamente, la luciferina ed il coenzima A. Per ottenere le particelle nelle foglie delle piante, i ricercatori hanno prima sospeso le particelle in una soluzione. Le piante sono state immerse nella soluzione e quindi esposte ad alta pressione, consentendo alle particelle di entrare nelle foglie attraverso piccoli pori chiamati stomi.

Le particelle che liberano luciferina e coenzima A sono state progettate per accumularsi nello spazio extracellulare del mesofillo, uno strato interno della foglia, mentre le particelle più piccole che trasportano la luciferasi entrano nelle cellule che formano il mesofillo. Le particelle di PLGA rilasciano gradualmente luciferina, che poi entra nelle cellule della pianta, dove la luciferasi svolge la reazione chimica che fa brillare la luciferina.

I primi sforzi dei ricercatori all'inizio del progetto hanno prodotto piante che potrebbero brillare per circa 45 minuti, che sono poi migliorate fino a 3,5 ore. La luce generata da una piantina di crescione di 10 centimetri è attualmente circa un millesimo della quantità necessaria da leggere, ma i ricercatori ritengono di poter aumentare la luce emessa, così come la sua durata della, ottimizzando ulteriormente la concentrazione e il rilascio di tassi dei componenti.



La trasformazione delle piante

Gli sforzi precedenti per creare piante che emettano luce hanno fatto affidamento su piante geneticamente ingegnerizzate per esprimere il gene della luciferasi, ma questo è un processo laborioso che produce una luce estremamente debole. Tali studi sono stati condotti su piante di tabacco e Arabidopsis thaliana, che sono comunemente usati per studi di genetica vegetale. Tuttavia, il metodo sviluppato dal laboratorio di Strano potrebbe essere utilizzato su qualsiasi tipo di pianta. Finora, lo hanno dimostrato con rucola, cavolo e spinaci, oltre al crescione.

Per le versioni future di questa tecnologia, i ricercatori sperano di sviluppare un modo per dipingere o spruzzare le nanoparticelle sulle foglie delle piante, che potrebbero rendere possibile la trasformazione di alberi e altre piante di grandi dimensioni in fonti di luce.

"Il nostro obiettivo è quello di eseguire un trattamento quando la pianta è una piantina o una pianta matura, e farlo durare per tutta la vita della pianta", dice Strano. "Il nostro lavoro apre davvero seriamente la porta ai lampioni, che non sono altro che alberi trattati e all'illuminazione indiretta intorno alle case".

I ricercatori hanno anche dimostrato che possono spegnere la luce aggiungendo nanoparticelle che trasportano un inibitore della luciferasi. Ciò potrebbe consentire loro di creare piante che interrompano la loro emissione di luce in risposta a condizioni ambientali, come la luce solare, così riferiscono i ricercatori.

La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento per l'energia degli Stati Uniti.


Fonti: MIT News


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