junio 29, 2022

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Medición de nanotubos de carbono absorbidos por plantas

tubos entre el cultivo de lechugas
Lechuga tras exposición a nanotubos de carbono. Crédito: Kamol Das


Los nanotubos de carbono son diminutos. Pueden ser cien mil veces más pequeños que el ancho de un cabello humano. Pero tienen un potencial enorme.


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Los productos fabricados con nanotubos de carbono incluyen barras de refuerzo para hormigón, artículos deportivos, turbinas eólicas y baterías de litio, entre otros.

Los usos potenciales de los nanotubos de carbono podrían extenderse a diversos campos, como la agricultura, la biomedicina y las ciencias espaciales.

Pero a medida que usamos más nanotubos de carbono para fabricar cosas, también aumentamos las posibilidades de que estos nanotubos ingresen a diferentes entornos y ecosistemas.

«Eso hace que sea importante comprender cómo se comportan los nanotubos de carbono en estos entornos», dice Yu Yang, miembro de la  Soil Science Society of America .

En un nuevo estudio, Yang y sus colegas describen una forma de medir los niveles de un tipo específico de nanotubos de carbono en los tejidos vegetales. Su investigación  se publicó recientemente en  Journal of Environmental Quality .

Los nanotubos de carbono pueden llegar a los campos agrícolas y a los productos alimenticios. Allí, pueden representar una amenaza para la salud humana y ambiental.

«Saber cómo medir los nanotubos de carbono en el medio ambiente es crucial para comprender su destino y sus efectos ambientales», dice Yang.

Para imitar los nanotubos en el medio ambiente, Yang y sus colegas cultivaron lechuga hidropónica en presencia de nanotubos de carbono. Luego analizaron las hojas de lechuga en busca de rastros de nanotubos de carbono.

lechuga que crece en sistema hidropónico
Lechuga en cultivo hidropónico. Crédito: Valeria Nava

Yang descubrió que este método podía detectar pequeñas cantidades de nanotubos de carbono en las hojas, tallos y raíces de las plantas de lechuga.

“Hemos desarrollado un método para abordar el desafiante problema de cuantificar los nanomateriales de carbono en el medio ambiente”, dice Yang. «Estos hallazgos pueden ayudar a orientar la aplicación sostenible de nanotubos de carbono en entornos naturales».

El desafío de medir los nanotubos de carbono en el medio ambiente es que están hechos de carbono. Todos los seres vivos de la Tierra, incluidos los humanos y las plantas, tienen el carbono como componente clave.

La tarea que enfrentaron Yang y sus colegas fue distinguir entre el carbono en el material vivo y el carbono en los nanotubos de carbono.

Una sola capa de átomos de carbono dispuestos en un patrón de panal se llama grafeno. Un nanotubo de carbono es una hoja de grafeno enrollada en un cilindro diminuto.

Los nanotubos de carbono hechos de una sola hoja de grafeno se denominan nanotubos de pared simple. La colocación de varias capas de tubos dentro de otros produce nanotubos de carbono de paredes múltiples.

Los científicos pueden agregar diferentes moléculas a los nanotubos de carbono. La adición de estas moléculas puede cambiar sus características. Pueden disolverse más fácilmente en solventes, por ejemplo.

“Los nanotubos de carbono con moléculas añadidas podrían usarse en la fabricación de nanocompuestos, biomedicina y sondas químicas o biológicas”, dice Yang.

investigador posando por equipo
La investigadora Valeria Nava trabaja en el laboratorio con nanotubos de carbono. Crédito: Frank Yang

En investigaciones anteriores, el grupo de Yang cuantificó nanotubos de carbono de paredes múltiples en plantas. Pero nadie había medido si este tipo de nanotubo de carbono con una molécula específica agregada llega a las plantas.

Los investigadores utilizaron una técnica llamada análisis térmico programado. En este enfoque, los materiales se calientan de manera controlada en diferentes entornos, digamos más o menos oxígeno, por ejemplo.

La forma en que los diferentes materiales reaccionan al ser calentados en diferentes entornos puede proporcionar grandes pistas sobre estos materiales.

Yang y sus colegas descubrieron que podían usar un análisis térmico programado para detectar el carbono en los nanotubos. Con estos datos, también podrían diferenciar el carbono de los nanotubos de carbono del carbono de las plantas.

Este es el primer estudio que mide los niveles de este tipo de nanotubos de carbono en plantas mediante el análisis térmico. “Eso es crucial para comprender el destino de los nanotubos de carbono en el medio ambiente y estimar la posible exposición humana”, dice Yang.

Yang ahora está trabajando para detectar cantidades aún más pequeñas de nanotubos de carbono en el medio ambiente.

“También queremos intentar medir nanotubos de carbono con diferentes moléculas añadidas”, dice Yang. También planea expandir los materiales de prueba más allá de las plantas de lechuga. «Queremos probar este enfoque en diferentes entornos».

En última instancia, el objetivo es avanzar en la aplicación de nanotubos de carbono. «Ser capaz de medir con precisión los nanotubos de carbono en el medio ambiente puede promover su uso sostenible», dice Yang.

Yu Yang  es investigador de la Universidad de Nevada-Reno. Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation.





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