Bozen – „Superpflanzen“ entwickeln, um die Umwelt zu verbessern. Dieses Ziel verfolgt ein Forschungsteam an der Fakultät für Ingenieurwesen der Freien Universität Bozen. In Zusammenarbeit mit anderen Forschenden der Universität sowie internationalen Forschungszentren hat es die erste vollständig biohybride Pflanze entwickelt. Durch das Einbringen von Nanopartikeln direkt in die Pflanze gelang es, deren Fähigkeit zur Aufnahme von Sonnenlicht zu steigern, ihr Wachstum zu fördern und damit den Weg für zahlreiche Anwendungen zu ebnen. Und zwar von der Bindung von CO₂ aus der Atmosphäre bis hin zur Erzeugung von Bioenergie.
„Grüne Technologien werden vielfach mit Solarpaneelen, energieeffizienten Gebäuden oder Elektrofahrzeugen assoziiert. Doch auch Pflanzen könnten Teil dieser technologischen Lösungen werden“, heißt es von der Uni Bozen.
Was ist eine biohybride Pflanze?
Bei einer biohybriden Pflanze handelt es sich um einen lebenden Organismus, in dem biologische Elemente – also die Pflanze selbst – mit technologischen Komponenten kombiniert werden, etwa mit leitfähigen Materialien. „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“, erklärt die Uni.
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“, so die Erklärung.
Zusätzliche Energie
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“, so die unibz.
Die zusätzliche Energie steigere die Photosynthese, was einerseits zu einer höheren CO₂-Aufnahme aus der Atmosphäre und andererseits zu stärkerem Pflanzenwachstum führe.
„Die Einsatzfelder sind sehr vielfältig“
Manuela Ciocca, Erstautorin und Initiatorin der Studie, sagt: „Diese Technologie eröffnet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, da sie es erlaubt, die Eigenschaften pflanzlicher Organismen zu verändern, ohne deren DNA zu modifizieren, und Organismen mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen. Die Einsatzfelder sind sehr vielfältig – von nachhaltiger Landwirtschaft bis hin zu erneuerbaren Energien: Diese Pflanzen können mehr CO₂ binden, mehr Sauerstoff produzieren und zu den grünen Energiesystemen der Zukunft beitragen.“
Die Studie wurde vom „Sensing Technologies Lab“ der unibz unter der Leitung von Professorin Luisa Petti durchgeführt. Der wissenschaftliche Artikel dazu wurde als Titelgeschichte in der Fachzeitschrift „Materials Horizons“ der „Royal Society of Chemistry“ veröffentlicht und zudem in die Sammlung „Most Popular Articles 2025“ aufgenommen.
