Bionik: Pimp my Plant
Pflanzen haben nützliche und erstaunliche Fähigkeiten: Sie filtern etwa Kohlendioxid aus der Atmosphäre und setzen Sauerstoff frei, sie wandeln Licht in chemische Energie. Außerdem sind viele essbar und zudem hübsch anzusehen. Einer Gruppe von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) reicht das nicht aus. Sie haben die Pflanzen mit Nanoröhrchen aus Kohlenstoff ausgestattet und ihnen so neue Funktionen verliehen.
Die Wissenschaftler um Michael Strano nennen ihr neues Forschungsgebiet Pflanzennanobionik. Zwei Projekte haben sie bisher umgesetzt. Bei dem einen haben sie die Fähigkeit einer Pflanze, Sonnenlicht zu absorbieren, verbessert. Im zweiten haben sie Pflanzen zu Sensoren umfunktioniert.
Verbesserte Photosynthese
Die Photosynthese einer Pflanze erfolgt in zwei Schritten: Farbpigmente absorbieren Sonnenlicht, das Elektroden anregt, die durch eine Membran wandern. Den elektrischen Strom nutzt die Pflanze zur Herstellung von Zucker als einem chemischen Energiespeicher. Der Prozess findet in den Chloroplasten statt - einer der Organellen einer Pflanzenzelle.
Bei der Photosynthese werden aber nur etwa zehn Prozent des einfallenden Sonnenlichts absorbiert. Die Forscher haben in die Chloroplasten halbleitende Nanoröhrchen eingebracht, die die Lichtausbeute erhöhen sollen: Sie absorbieren Wellenlängen, die die Pflanzen normalerweise nicht aufnehmen, etwa im grünen oder im ultravioletten Spektrum. In den so modifizierten Zellen hätten sie einen erhöhten Elektronenfluss gemessen, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Materials(öffnet im neuen Fenster) .
Test ex vitro und in vitro
Die hatten das zunächst an Chloroplasten ausprobiert, die Pflanzen entnommen worden waren. Die Chloroplasten arbeiten auch weiter, wenn sie kein Teil einer Pflanze mehr sind. Nachdem sie dabei erfolgreich waren, testeten sie das Verfahren an lebenden Pflanzen, der Acker-Schmalwand, und konnten den Effekt auch dort nachweisen. Ob der erhöhte Elektronenfluss auch Auswirkung auf die Zuckerproduktion hat, muss noch erforscht werden.
Außerdem machten sie aus der Acker-Schmalwand einen Sensor, der Stickoxid feststellen kann: Sie brachten in die Pflanze Nanoröhrchen ein, die das Gas erfassen. Die Nanoröhrchen sind mit einem Polymer beschichtet. Wenn sich ein bestimmtes Molekül mit dem Polymer verbindet, ändert sich die Fluoreszenz des Nanoröhrchens.
Nanosensoren für Technopflanzen
In diesem Fall ist das Stickoxid. Stranos Team hat aber schon diverse solcher Nanosensoren entwickelt, die beispielsweise Wasserstoffperoxid, den Sprengstoff TNT oder das Nervengas Sarin erkennen. Mit solchen Sensoren ausgestattet könnten Pflanzen künftig solche Stoffe auch in geringer Konzentration erkennen.
"Pflanzen sind als Technologieplattform interessant" , sagt Strano(öffnet im neuen Fenster) : Sie könnten sich selbst reparieren, könnten auch in einer rauen Umwelt überleben, und sie verfügten über eine eigene Energie- und Wasserversorgung.
Die Idee zu der Pflanzennanobionik entstand in einem von Stranos Projekten, das sich selbst reparierende Solarzellen entwickelt, die Pflanzenzellen nachempfunden sind. Die Forscher suchten nach einer Möglichkeit, die Photosynthese zu verbessern, um die Energieeffizienz der Solarzellen zu erhöhen.