Nanoparticelle verdi per piante bioibride più efficienti
Le nanoparticelle rendono le piante bioibride più performanti nella fotosintesi e nella produzione di biomassa, senza modificare il DNA vegetale originale.
Quando si pensa alle tecnologie verdi, vengono subito in mente pannelli solari, edifici a basso consumo o veicoli elettrici. E se anche le piante potessero diventare una tecnologia verde? Ci hanno pensato le ricercatrici e i ricercatori della Facoltà di Ingegneria della Libera Università di Bolzano che, in collaborazione con altri dipartimenti dell’ateneo e centri di ricerca internazionali, hanno creato la prima pianta completamente bioibrida. Inserendo nanoparticelle direttamente nelle piante, l’équipe di ricerca è riuscita a renderle più efficienti nel catturare la luce solare, aumentando la loro crescita e aprendo la strada a numerose applicazioni, dalla cattura della CO₂ atmosferica alla produzione di bioenergia.
Cos’è esattamente una pianta bioibrida?
Una pianta bioibrida è un organismo vivente, in questo caso una pianta, che combina elementi biologici (la pianta vera e propria) con componenti tecnologici (come, ad esempio, materiali conduttivi). In pratica, si tratta di un ibrido tra natura e tecnologia, in cui le funzioni naturali della pianta (come la fotosintesi, la crescita o la sensibilità agli stimoli ambientali) vengono integrate o potenziate da elementi ingegnerizzati.
Nello studio unibz, in particolare, le ricercatrici e i ricercatori hanno utilizzato come elementi biologici delle piante di Arabidopsis thaliana, la pianta modello più utilizzata nell’ambito della ricerca vegetale, mentre la componente tecnologica è data da nanoparticelle di poli(3-esiltiofene) (P3HT). Il P3HT è un polimero organico, ovvero una lunga catena formata da tante piccole unità molecolari contenenti atomi di carbonio (da qui il termine “organico”) che si ripetono a formare una struttura simile a una collana. Questo materiale è in grado di condurre la corrente elettrica ed è già studiato per la realizzazione di pannelli solari flessibili e per l’elettronica verde. La ridottissima dimensione delle nanoparticelle, circa 500 volte più piccola del diametro di un capello umano, le rende adatte a essere assorbite dalle radici della pianta e trasportate fino alle foglie.
Queste nanoparticelle sono biocompatibili: come dimostrato nello studio, infatti, possono essere assorbite dalle piante in modo naturale, senza causare scompensi nella crescita, e anzi ne migliorano le proprietà, favorendone la crescita e migliorandone la fotosintesi. Questo perché, una volta arrivate nelle foglie, le nanoparticelle di P3HT agiscono come minuscole antenne cattura-luce capaci di assorbire anche la luce verde. Poiché le piante utilizzano principalmente la luce rossa e blu, questo contribuisce a migliorare la loro capacità di catturare la luce. Questa energia in più aumenta la fotosintesi, favorendo un maggiore assorbimento della CO₂ dall’atmosfera da un lato e la crescita delle piante dall’altro. Lo studio dimostra infatti che le piante trattate con nanoparticelle di P3HT crescono molto di più rispetto ai controlli, sviluppando radici lunghe quasi il doppio e accumulando più biomassa.
Manuela Ciocca, ricercatrice in Fisica sperimentale di unibz e ideatrice dello studio Questo studio rappresenta il primo esempio di pianta bioibrida generata inserendo nanoparticelle di P3HT direttamente nella pianta (in vivo): negli studi precedenti, infatti, solo una parte della pianta, come una foglia o le radici, veniva interfacciata con componenti artificiali. Questa tecnologia apre le porte a numerose applicazioni, che permettono di modificare le proprietà degli organismi vegetali senza alterarne il DNA e creare organismi dalle proprietà migliorate. Il campo di impiego è vastissimo, dall’agricoltura sostenibile alle energie rinnovabili: queste piante sono infatti in grado di catturare più CO₂, produrre più ossigeno e contribuire ai sistemi energetici verdi del futuro.
Lo studio è stato realizzato dal Sensing Technologies Lab di unibz, guidato dalla professoressa Luisa Petti, in collaborazione con la Facoltà di Scienze agrarie, ambientali e alimentari, il Centro di Competenza per la Salute delle Piante e il gruppo di ricerca PRIME (Printable Materials for Sustainable Optoelectronics & Photonics) di unibz, insieme a Fondazione Bruno Kessler, Eurac Research, Ludwig-Maximilians-Universität di Monaco, l’Istituto dei Materiali per l’Elettronica e il Magnetismo (IMEM) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) ed Elettra Sincrotrone Trieste.
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