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Cerdanyola del Vallès, 17 de enero de 2021. Las plantas son máquinas increíbles: no solo funcionan con energía solar y convierten el dióxido de carbono en energía química, sino que también son capaces de producir celulosa, el biopolímero más abundante de la Tierra, y pueden autorepararse mediante la regeneración de tejidos. Todos estos factores hacen de las plantas las perfectas candidatas para desarrollar sistemas tecnológicos biohíbridos, integrando materiales y dispositivos inteligentes en su estructura.
En una publicación reciente, el equipo liderado por la investigadora Eleni Stavrinidou de la Universidad Linköping (Suecia) ha presentado un estudio sobre plantas biohíbridas con un sistema de raíces electrónicas. El equipo encontró cómo integrar circuitos y dispositivos electroquímicos en plantas sin dañarlas, de manera que pudieran continuar creciendo y desarrollándose, y usarlas como supercondensadores o sensores electrónicos.
Los resultados allanan el camino para utilizar las raíces en el almacenamiento de energía y para la creación de supercondensadores basados en raíces. Los supercondensadores basados en polímeros conductores y en celulosa ofrecen una alternativa ecológica para el almacenamiento de energía que podría incluso ser más asequible que los que actualmente se usan. Para comprobarlo, el grupo de investigación construyó un supercondensador donde las raíces sirvieron como electrodos de almacenamiento de carga.
Otra posible aplicación de los sistemas basados en plantas son los sensores electrónicos. Por ejemplo, añadiendo un sensor de humedad en las raíces, se podría transmitir la información a través de la red de raíces electrónicas a un sistema inteligente, que podría actuar en consecuencia incrementando o disminuyendo la frecuencia de riego. Estos descubrimientos abren la puerta a nuevas aplicaciones de estímulo-respuesta inteligentes.
Este estudio es parte del proyecto europeo Hybrid Electronics Based on Photosynthetic Organisms (HyPhOE), en el que están involucradas varias instituciones europeas y cuyo objetivo es conseguir la simbiosis entre organismos fotosintéticos y tecnología.
Figura 1. Planta de judías antes, durante y después de la funcionalización.
Convirtiendo plantas en cyborgs
Para conseguirlo, se sumergieron las raíces de plantas jóvenes en una solución de oligómeros y, tras un tiempo, apareció una capa oscura en ellas. Esta capa indicaba que los oligómeros habían polimerizado las raíces, de manera que se había formado una extensa red de conductores en la epidermis de las células de la planta.
Un mes después, se cortaron las raíces para investigarlas y los resultados mostraron que los conductores mixtos iónico-electrónicos integrados habían mantenido su funcionalidad mientras la planta continuaba creciendo y madurando. Este hecho confirmó que las plantas no solo no se veían afectadas por la funcionalización electrónica, sino que se adaptaban a este nuevo estado híbrido desarrollando un sistema de raíces más complejo.
También se caracterizaron las propiedades eléctricas de las raíces mediante mediciones de la corriente y el voltaje a distintas distancias entre electrodos. Las raíces mostraron el comportamiento típico de los resistores ideales y los científicos descubrieron que la capa conservaba su conductividad al cabo de un mes mientras la planta seguía creciendo.
Para obtener más información sobre la organización y la estructura del polímero en las raíces, se realizaron experimentos de dispersión de rayos X de ángulo amplio (en inglés, wide-angle X-ray scattering o WAXS) en la línea de luz NCD-SWEET del Sincrotrón ALBA. Los científicos pudieron observar que la capa de polímero tenía una estructura muy ordenada, cosa que es necesaria para conseguir unas propiedades electrónicas óptimas.
“El uso de luz de sincrotrón ha sido clave para la investigación estructural del polímero, ya que necesitamos aplicar técnicas con una sensibilidad muy alta debido a la baja cantidad de material en la muestra”, dijo Eduardo Solano, científico de la línea de luz NCD-SWEET de ALBA.
Figura 2. Dispersión de rayos X de ángulo amplio bidimensional de las raíces de la planta hecha en la línea de luz NCD-SWEET de ALBA.
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-20-15798.
