Le piante sono organismi autotrofi fotosintetici ovvero sono in grado di produrre cibo ed ossigeno a partire da composti elementari quali:
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- l'anidride carbonica contenuta nell'atmosfera
- l'acqua e i sali in essa disciolti
adoperando, quale fonte energetica, la luce solare.
Le piante svolgono un ruolo ecologico fondamentale nella biosfera e regolano l'equilibrio di importanti fenomeni che stanno alla base della vita.
Nanomateriali
Un team di ricercatori del MIT sta tentando, con l'utilizzo di nanomateriali, di aumentare la loro produzione di energia e dare loro funzioni completamente nuove, come ad esempio il monitoraggio di inquinanti ambientali. Grazie all'immissione di nanotubi di carbonio nel cloroplasto, organo presente nelle cellule delle piante al cui interno si svolge il processo della fotosintesi in cui l'energia luminosa viene catturata dalla clorofilla e convertita in energia chimica, i ricercatori hanno rilevato che la capacità delle piante di catturare l'energia luminosa aumenta del 30% e, usando un altro tipo di nanotubo di carbonio le piante riescono a rilevare la presenza di ossido nitrico.
Tali comportamenti hanno indotto a denominare tali piante come nanobioniche.
Le piante possono così divenire una piattaforma tecnologica tenendo anche conto del fatto che esse da sole mostrano prerogative uniche essendo in grado di ripararsi da sole, sono stabili all'ambiente esterno e spesso sono in grado di sopravvivere in ambienti difficili.
Gli scienziati del MIT prevedono di poter trasformare le piante, il cui potenziale è davvero infinito, in dispositivi fotonici autoalimentati come rivelatori di esplosivi o armi chimiche e stanno ampliando le loro ricerche sull'integrazione di dispositivi elettronici nelle piante.
Piante nanobioniche
L'idea di ottenere piante nanobioniche nasce da un progetto mirante a costruire celle solari che si riparassero da sole sul modello delle cellule vegetali. Come passo successivo, i ricercatori hanno voluto provare a migliorare la funzione fotosintetica dei cloroplasti isolati dalle piante, per un possibile uso nelle celle solari.
I cloroplasti ospitano tutto l'apparato necessario per la fotosintesi, che avviene in due fasi. Durante la prima fase, i pigmenti come la clorofilla assorbono la luce, che eccita gli elettroni che fluiscono attraverso le membrane tilacoidi dei cloroplasti. La pianta cattura questa energia elettrica e la utilizza per alimentare il secondo stadio della fotosintesi che porta alla sintesi degli zuccheri.
I cloroplasti possono ancora eseguire queste reazioni anche quando sono rimossi dalle piante, ma solo poche ore, perché la luce e l'ossigeno danneggiano le proteine fotosintetiche.
Per prolungare la produttività dei cloroplasti, i ricercatori li hanno integrati con nanoparticelle di ossido di cerio. Esso è un energico antiossidante, che elimina i radicali dell'ossigeno e di altre molecole altamente reattive prodotte dalla luce e ossigeno che danneggiano il cloroplasto. Tali nanoparticelle sono ricoperte di acido poliacrilico. Esso facilita la loro penetrazione nelle membrane idrofobiche che circondano il cloroplasto con conseguente netto aumento della produttività del cloroplasto.
Con la stessa tecnica i ricercatori hanno anche incorporato nanotubi di carbonio semiconduttori, rivestiti di DNA carico negativamente, nei cloroplasti.
Questi nanotubi di carbonio potrebbero agire come antenne artificiali che permettono ai cloroplasti di catturare lunghezze d'onda della luce nel campo dell'ultravioletto, verde e vicino infrarosso.
Tali metodologie hanno portato all'aumento dell'attività fotosintetica e contemporaneamente i cloroplasti sono rimasti attivi per un tempo maggiore.
Infusione vascolare
I ricercatori hanno poi rivolto la loro attenzione alle piante viventi usando una tecnica chiamata di infusione vascolare.
Con questa tecnica si immettono nanoparticelle nella Arabidopsis thaliana, una piccola pianta fiorita.
Essi hanno applicato una soluzione di nanoparticelle sulla parte inferiore della foglia, dove sono presenti minuscoli pori conosciuti come stomi, che normalmente consentono all' anidride carbonica di fluire all'ossigeno di defluire. In tal modo i nanotubi sono collocati nel cloroplasto con un miglioramento della funzione fotosintetica con conseguente aumento di produzione degli zuccheri.
I ricercatori hanno anche dimostrato che potrebbero trasformare le piante di Arabidopsis thaliana in sensori chimici immettendo nanotubi di carbonio in grado di rilevare l'ossido nitrico inquinante ambientale prodotto dalla combustione.
Nei laboratori di ricerca sono già stati sviluppati nanotubi che fungono da sensori di molte sostanze chimiche diverse, tra cui perossido di idrogeno, il TNT e il gas nervino sarin. Quando la molecola bersaglio si lega al polimero avvolto intorno il nanotubo ne altera la fluorescenza.
Per adeguare i sensori per diversi scopi, i ricercatori sperano di sviluppare nanotubi che potrebbero essere utilizzati per monitorare:
- inquinamento ambientale,
- presenza di pesticidi
- presenza di tossine batteriche.
Le frontiere della scienza non hanno davvero limiti e lo studio dei ricercatori non potrà che migliorare la nostra vita.
