Los investigadores de la Universidad de Colorado Boulder han desarrollado organismos nanobiohíbridos capaces de utilizar dióxido de carbono y nitrógeno en el aire para producir una variedad de plásticos y combustibles, un primer paso prometedor hacia el secuestro de carbono de bajo costo y la fabricación ecológica de productos químicos.
Al usar puntos cuánticos activados por la luz para disparar enzimas particulares dentro de las células microbianas, los investigadores pudieron crear "fábricas vivas" que comen CO dañino 2 y conviértalo en productos útiles como plástico biodegradable, gasolina, amoníaco y biodiesel.
"La innovación es un testimonio del poder de los procesos bioquímicos", dijo Prashant Nagpal, autor principal de la investigación y profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de CU Boulder. "Estamos viendo una técnica que podría mejorarCO 2 capturar para combatir el cambio climático e incluso algún día reemplazar potencialmente la fabricación intensiva en carbono para plásticos y combustibles "
El proyecto comenzó en 2013, cuando Nagpal y sus colegas comenzaron a explorar el amplio potencial de los puntos cuánticos nanoscópicos, que son pequeños semiconductores similares a los utilizados en los televisores. Los puntos cuánticos se pueden inyectar en las células de forma pasiva y están diseñados para unirse y autoajustarse- ensamblar a las enzimas deseadas y luego activar estas enzimas a pedido usando longitudes de onda de luz específicas.
Nagpal quería ver si los puntos cuánticos podrían actuar como una bujía para disparar enzimas particulares dentro de las células microbianas que tienen los medios para convertir el CO en el aire 2 y nitrógeno, pero no lo haga de forma natural debido a la falta de fotosíntesis.
Al difundir los puntos especialmente diseñados en las células de las especies microbianas comunes que se encuentran en el suelo, Nagpal y sus colegas cerraron la brecha. Ahora, la exposición a incluso pequeñas cantidades de luz solar indirecta activaría el CO de los microbios 2 apetito, sin necesidad de ninguna fuente de energía o alimento para llevar a cabo las conversiones bioquímicas intensivas en energía.
"Cada célula produce millones de estos productos químicos y demostramos que podrían superar su rendimiento natural en cerca del 200 por ciento", dijo Nagpal.
Los microbios, que permanecen inactivos en el agua, liberan su producto resultante a la superficie, donde puede ser eliminado y cosechado para su fabricación. Diferentes combinaciones de puntos y luz producen diferentes productos: las longitudes de onda verdes hacen que las bacterias consuman nitrógeno y produzcanamoníaco mientras que las longitudes de onda más rojas hacen que los microbios se deleiten con el CO 2 para producir plástico en su lugar
El proceso también muestra signos prometedores de poder operar a escala. El estudio encontró que incluso cuando las fábricas microbianas se activaron de manera constante durante horas, mostraron pocos signos de agotamiento o agotamiento, lo que indica que las células pueden regenerarse ypor lo tanto, limite la necesidad de rotación.
"Nos sorprendió mucho que funcionara tan elegantemente como lo hizo", dijo Nagpal. "Recién estamos comenzando con las aplicaciones sintéticas".
El escenario futurista ideal, dijo Nagpal, sería tener casas y negocios unifamiliares canalizando su CO 2 emisiones directamente a un estanque de retención cercano, donde los microbios los convertirían en un bioplástico. Los propietarios podrían vender el producto resultante con un pequeño beneficio y al mismo tiempo compensar su propia huella de carbono.
"Incluso si los márgenes son bajos y no puede competir con los productos petroquímicos en base a un costo puro, todavía hay un beneficio social para hacerlo", dijo Nagpal. "Si pudiéramos convertir incluso una pequeña fracción de los estanques de zanjas locales,tendría un impacto considerable en la producción de carbono de las ciudades. No requeriría mucho que la gente lo implementara. Muchos ya hacen cerveza en casa, por ejemplo, y esto no es más complicado ".
El enfoque ahora, dijo, pasará a optimizar el proceso de conversión y atraer nuevos estudiantes de pregrado. Nagpal está buscando convertir el proyecto en un experimento de laboratorio de pregrado en el semestre de otoño, financiado por una subvención del Fondo de Excelencia de Ingeniería de CU Boulder.Nagpal le da crédito a sus estudiantes actuales por seguir con el proyecto durante muchos años.
"Ha sido un largo viaje y su trabajo ha sido invaluable", dijo. "Creo que estos resultados muestran que valió la pena".
El nuevo estudio fue publicado recientemente en el Revista de la Sociedad Americana de Química y fue coautor de Yuchen Ding y John Bertram de CU Boulder; Carrie Eckert del Laboratorio Nacional de Energía Renovable; y Rajesh Bommareddy, Rajan Patel, Alex Conradie y Samantha Bryan de la Universidad de Nottingham Reino Unido.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Original escrito por Trent Knoss. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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