Grüne Technologien werden vielfach mit Solarpaneelen, energieeffizienten Gebäuden oder Elektrofahrzeugen assoziiert. Doch auch Pflanzen könnten Teil dieser technologischen Lösungen werden. Den Weg dazu ebnet ein Forschungsteam an der Fakultät für Ingenieurwesen der Freien Universität Bozen. In Zusammenarbeit mit anderen Forschenden der Universität sowie internationalen Forschungszentren haben sie die erste vollständig biohybride Pflanze entwickelt. Durch das Einbringen von Nanopartikeln direkt in die Pflanze konnten das Forschungsteam deren Fähigkeit zur Aufnahme von Sonnenlicht steigern, ihr Wachstum fördern und damit den Weg für zahlreiche Anwendungen ebnen – von der Bindung von CO₂ aus der Atmosphäre bis hin zur Erzeugung von Bioenergie.

Doch was genau ist eine biohybride Pflanze? Dabei handelt es sich um einen lebenden Organismus, in dem biologische Elemente, also die Pflanze selbst, mit technologischen Komponenten wie etwa leitfähigen Materialien kombiniert werden. So entsteht ein Hybrid aus Natur und Technologie, bei dem natürliche Funktionen der Pflanze wie Photosynthese, Wachstum oder Reizempfindlichkeit durch ingenieurtechnisch entwickelte Elemente ergänzt oder verstärkt werden.

Als biologisches Element nutzten die Forschenden der unibz in der Studie Pflanzen der Art Arabidopsis thaliana, die in der Pflanzenforschung breite Anwendung findet. Die technologische Komponente bestand aus Nanopartikeln aus dem organischen Polymer P3HT. Dabei handelt es sich um eine lange Kette aus vielen kleinen, sich wiederholenden molekularen Einheiten mit Kohlenstoffatomen, deren Struktur mit einer Perlenkette vergleichbar ist. Dieses Material ist elektrisch leitfähig und wird bereits für die Entwicklung flexibler Solarzellen sowie für Anwendungen der sogenannten grünen Elektronik erforscht. Aufgrund ihrer extrem geringen Größe – etwa 500-mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares – können die Nanopartikel von den Pflanzenwurzeln aufgenommen und bis in die Blätter transportiert werden.

Wie die Studie zeigt, werden die biokompatiblen Nanopartikel von den Pflanzen auf natürliche Weise aufgenommen, ohne das Wachstum zu beeinträchtigen. Im Gegenteil: Sie verbessern die Eigenschaften der Pflanzen, indem sie deren Wachstum und Photosynthese fördern. Sobald sie die Blätter erreichen, wirken die P3HT-Nanopartikel wie winzige Antennen, die auch grünes Licht absorbieren können. Da Pflanzen sonst hauptsächlich rotes und blaues Licht nutzen, verbessert sich dadurch ihre Fähigkeit zur Lichtaufnahme. Die zusätzliche Energie steigert die Photosynthese, was einerseits zu einer höheren CO₂-Aufnahme aus der Atmosphäre und andererseits zu stärkerem Pflanzenwachstum führt. Die Studie zeigt, dass mit P3HT-Nanopartikeln behandelte Pflanzen deutlich stärker wachsen als die Kontrollpflanzen. Sie entwickeln fast doppelt so lange Wurzeln und bilden mehr Biomasse.