La tecnología LED ha cambiado para siempre la iluminación. El uso de moléculas biológicas como el ADN o las proteínas podría mejorar la eficiencia de estos sistemas. Llegan los dispositivos BioLED.

La iluminación del futuro se basará en la biología para desarrollar nuevos sistemas y dispositivos. Desde bacterias como las del proyecto Biobulb hasta microorganismos y algas utilizadas en farolas bioluminiscentes, la tecnología utiliza organismos vivos para mejorar la eficiencia de los sistemas de iluminación, reducir los residuos o consumir menos energía. Además de estos avances, la iluminación LED podría mejorarse en el futuro gracias al uso de moléculas biológicas como el ADN o las proteínas.

La tecnología, presentada en dos estudios independientes, se ha denominado BioLED. En el primer artículo, publicado en Advanced Materials, científicos de la Universidad de Erlangen-Nürnberg han colocado proteínas luminiscentes en una matriz polimérica, formando así una encía luminiscente. Según la agencia SINC, el dispositivo híbrido diseñado convierte la luz azul de un LED normal en luz blanca «pura».

Gracias a estos cauchos poliméricos, construidos con el uso de proteínas, fue posible mejorar la construcción de los sistemas de iluminación del futuro. Los LEDs que vemos suelen estar hechos de materiales inorgánicos como el cerio y el itrio, cuya baja abundancia determina el gran coste y sensibilidad de estos dispositivos. Según los resultados, esta primera tecnología BioLED no sólo sería más eficiente, sino que los materiales utilizados son mucho más económicos y biodegradables, reduciendo así la huella ecológica de estos sistemas.

Los investigadores alemanes no han sido los únicos que se han inspirado en las moléculas biológicas fundamentales para la vida. Otro trabajo, recientemente publicado en Nature Communications, ha logrado introducir moléculas de ADN en un semiconductor orgánico clásico utilizado en la tecnología OLED. Los diodos orgánicos emisores de luz se construyen colocando compuestos orgánicos sobre una capa electroluminiscente. Kodak fue el primer fabricante en 1987 en desarrollar sistemas OLED basados en capas finas de moléculas con propiedades conductoras y luminiscentes, como Alq3.

Alq3 se utiliza comúnmente en dispositivos con iluminación OLED, ya que emite en el espectro verde y azul. Para mejorar la eficiencia de esta tecnología, los científicos coreanos han logrado por primera vez insertar una doble hélice de ADN en esta fina película de Alq3. El uso de esta biomolécula permite «bloquear» la pérdida de electrones, por lo que los sistemas BioLED serían más eficientes que los dispositivos OLED convencionales.

El desarrollo inicial de la tecnología LED ha revolucionado completamente la iluminación. Actualmente, publicaciones como estos estudios buscan utilizar moléculas biológicas como las proteínas o el ADN para aumentar la eficacia de los sistemas tradicionales de LED. Con el nacimiento de los primeros BioLEDs, la tecnología se encuentra en un punto de inflexión en este tipo de dispositivos que aún necesitan más años de investigación para convertirse en una realidad comercial.

Bioled, la iluminacion del futuro

La llegada de los BioLEDs podría cambiar la iluminación para siempre. Estas bombillas se crean a partir de proteínas luminiscentes o ADN, reduciendo así el coste de producción, mejorando la eficiencia y sustituyendo materiales anteriores por otros más fáciles de reciclar.

El científico Rubén Costa, que se centra en el proyecto, cree que el futuro está en las bombillas hechas con proteínas, ya que se podrían conseguir sistemas de iluminación más sostenibles y baratos.

En un primer experimento, en el que también participó Costa, científicos de la Universidad de Erlangen-Nürnberg fabricaron una goma luminiscente colocando proteínas que producen bacterias en una matriz de polímeros. El dispositivo convierte la luz azul de un LED en luz blanca de alta calidad a un precio competitivo.

En un segundo trabajo, investigadores alemanes lograron introducir moléculas de ADN en un semiconductor orgánico clásico utilizado en la tecnología OLED. En su lugar, los científicos coreanos insertaron una doble hélice de ADN en una fina película de Alq3 que evita la pérdida de electrones y forma sistemas BioLED más eficientes.

En comparación con el BioLED, el LED blanco utiliza materiales muy caros y escasos, no tiene protocolos de reciclaje y la luz que emite estimula negativamente el cerebro y no es apta para trabajar en casa.

El nuevo material evita la desnaturalización de las proteínas, y se está trabajando en su optimización para mejorar la estabilidad térmica y obtener una vida útil más larga a través de proteínas más resistentes mediante la modificación de la matriz polimérica. Los primeros resultados se obtuvieron el año pasado y los desarrollados hasta ahora tienen una vida útil de unas 150 horas, teniendo en cuenta llegar a 50.000, que es la duración actual de los LEDs comerciales.

Costa continúa su proyecto en IMDEA Materiales y ha sido reconocido como uno de los diez mejores innovadores españoles menores de 35 años por la revista del Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Luz led para el crecimiento de las plantas

Consideramos tres principios de la luz que afectan el crecimiento de las plantas:

  • Calidad
  • Duración
  • Cantidad

La calidad se refiere al color o a la suma de colores que componen la luz que llega a la planta. La luz visible es la radiación electromagnética que podemos ver. El color de la luz depende de su longitud de onda, medida en nanómetros (nm, una millonésima de metro). Específicamente, la luz visible está compuesta de radiación desde 380 nm (azul) hasta aproximadamente 740 nm (rojo), más allá del azul tenemos el ultravioleta (con longitud de onda más corta) y por otro lado tenemos el infrarrojo (con longitud de onda más larga).

Si dividimos este espectro de colores en fragmentos de interés para las plantas, tenemos uno azul, uno verde (color que las plantas no absorben), uno rojo, que incluye el llamado rojo lejano. El verde se refleja y lo vemos. Las emisiones de luz (por ejemplo, del sol) están formadas por una combinación de fotones («unidades» de luz) de diferentes longitudes de onda (colores). Y esta combinación es lo que queremos decir cuando hablamos de la calidad de la luz. Por ejemplo, la luz del sol es una combinación de ciertas longitudes de onda, dando luz blanca. Además, el sol da otras longitudes de onda que no vemos, como el infrarrojo (calor) o el ultravioleta. Volviendo a los colores que las plantas detectan:

  • Azul (entre 400 y 500 nm):
    Es el principal responsable del crecimiento vegetativo (que se produce después de la germinación y hasta la floración). Cuando damos a una planta sólo luz azul, crecen a una estatura corta y tienen un color más oscuro.
  • Rojo/Rojo distante (600-700 nm):
    Las plantas interpretan estos colores como la relación de uno a otro. Esta relación influye en la elongación del tallo, especialmente en cultivos de luz directa. Además, la relación rojo/rojo lejano determina la floración en plantas sensibles a la duración de los días. Estas plantas más sensibles son también las que crecen mejor a la luz directa, las que prefieren la sombra son menos sensibles a esta proporción. Una mayor cantidad de rojo lejano (es decir, una menor relación rojo/distancia roja), como es el caso de las bombillas incandescentes, favorece una mayor longitud entre las hojas del mismo tallo, dejando una planta más alta. Además, las plantas reflejan mucho más el rojo lejano que el rojo. Una consecuencia de esto es que cuando hay muchas plantas juntas, la cantidad de rojo lejos aumenta (la relación rojo/distancia roja disminuye) y esto hace que las plantas alarguen sus tallos (por ejemplo, para capturar mejor la luz ya que hay competencia).
  • Azul y rojo:
    Esta combinación favorece la floración.

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