Er is een nieuw proces ontwikkeld voor het spontaan opnemen en assembleren van koolstofnanobuizen (CNT's) en zuurstofbindende nanodeeltjes in chloroplasten, het deel van plantencellen dat fotosynthese uitvoert - het omzetten van licht in energie. Opname van CNT's verbeterde de elektronenstroom geassocieerd met fotosynthese met 49% in geëxtraheerde chloroplasten en met 30% in bladeren van levende planten, en opname van ceriumoxide-nanodeeltjes (nanoceria) in geëxtraheerde chloroplasten verminderde de concentraties van superoxide aanzienlijk, een verbinding die giftig is voor planten.

Alleen chloroplasten absorberen alleen licht van het zichtbare deel van het zonnespectrum, toegang tot slechts ongeveer 50% van de invallende zonne-energiestraling, en minder dan 10% van het volle zonlicht verzadigt de capaciteit van het fotosynthetische apparaat. Deze nano-bio-benadering wordt verondersteld de breedte van het zonnespectrum te vergroten dat wordt gebruikt om energie te maken en zal naar verwachting bijdragen aan de ontwikkeling van biomimetische materialen met verbeterde fotosynthetische activiteit en verbeterde stabiliteit tegen oxidatieve afbraak.

Er is een nieuwe nanobionische benadering ontwikkeld die een hogere fotosynthetische activiteit verleent aan plantenbladeren en geëxtraheerde chloroplasten van planten, de biologische organellen die opgevangen koolstofdioxide omzetten in zonne-energie. Terwijl chloroplasten alle biochemische machines herbergen die nodig zijn voor fotosynthese, er is weinig bekend over hoe chloroplasten die uit planten zijn geëxtraheerd voor de lange termijn kunnen worden ontwikkeld, stabiele zonne-energie benutten. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology hebben ontdekt dat hooggeladen enkelwandige koolstofnanobuisjes (CNT's) bedekt met DNA en chitosan (een biomolecuul afgeleid van garnalen en andere schaaldieren) spontaan in chloroplasten kunnen doordringen.

Dit nieuwe proces voor penetratie van de lipide-uitwisselingsenvelop (LEEP) voor het opnemen van de nanostructuren omvat het inpakken van CNT's of nanodeeltjes met sterk geladen DNA- of polymeermoleculen, waardoor ze kunnen doordringen in de vette, hydrofobe membranen die chloroplasten omringen. Opname van CNT's in chloroplasten geëxtraheerd uit planten verhoogde de fotosynthetische activiteit van choloroplast met 49% in vergelijking met de controle. Toen deze nanocomposieten werden opgenomen in bladchloroplasten van levende planten, de elektronenstroom geassocieerd met fotosynthese werd met 30% verbeterd.

Deze resultaten komen overeen met het idee dat halfgeleidende koolstofnanobuizen in staat zijn om de lichtvangst door plantaardig materiaal uit te breiden naar andere delen van het zonnespectrum, zoals de groene, nabij infrarood en ultraviolet. Een andere belangrijke beperking bij het gebruik van geëxtraheerde chloroplasten voor zonne-energietoepassingen is dat ze gemakkelijk afbreken als gevolg van door licht en zuurstof veroorzaakte schade aan de fotosynthetische eiwitten. Toen krachtige zuurstofradicaalvangers zoals ceriumoxide-nanodeeltjes (nanoceria) werden gecombineerd met een sterk geladen polymeer (polyacrylzuur) en opgenomen in geëxtraheerde chloroplasten met behulp van het LEEP-proces, schade aan de chloroplasten door superoxiden en andere reactieve zuurstofsoorten was drastisch verminderd. Deze nanobionics-benadering zal naar verwachting bijdragen aan de ontwikkeling van biomimetische materialen voor lichtoogst en zonne-energieconversie, evenals biochemische detectie met regeneratieve eigenschappen en verbeterde efficiëntie.