Neue High-Tech-Anlagen Könnten Bomben Oder Chemische Waffen Erkennen

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Mithilfe der nanotechnologie machen forscher pflanzen noch nützlicher, indem sie sie zu superenergieproduzenten oder sensoren für sprengstoffe machen.

Forscher haben begonnen, Anlagen zu bauen, um mehr Energie zu erzeugen oder Umweltverschmutzung und sogar Sprengstoffe zu erkennen.

In einer neuen Studie bauten die Forscher winzige Strukturen, sogenannte Carbon Nanotubes, in die Energie produzierenden Fabriken von Pflanzen ein und steigerten ihre Lichtaufnahmefähigkeit um 30 Prozent. Mit anderen Kohlenstoffnanoröhrchen machten die Forscher Pflanzen empfindlich gegenüber dem Luftschadstoff Stickoxid.

"Pflanzen sind als Technologieplattform sehr attraktiv", sagte Michael Strano, Leiter der Studie, die am 16. März in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht wurde. "Sie reparieren sich selbst, sind im Freien umweltfreundlich, sie überleben in rauen Umgebungen und bieten ihre eigene Energiequelle und Wasserverteilung", sagte Strano, Chemieingenieur am MIT.

Strano und seine Kollegen gehen Pionierarbeit auf einem neuen Gebiet, das sie "Plant Nanobionics" nennen. "Nano" bezieht sich auf den Maßstab der Materialien, die in der Größenordnung von einem Milliardstel Meter liegen, und "Bionik" bezieht sich auf die Verwendung der Natur, um Ingenieure zu inspirieren. [Top 10 aufkommende Umwelttechnologien]

Super betriebene Anlagen

Ursprünglich arbeiteten die Forscher am Bau selbstreparierender Solarzellen auf der Basis von Pflanzenzellen, die Licht in Form von Zuckern und anderen Verbindungen in chemische Energie umwandeln. Dies wird als Photosynthese bezeichnet. Der Prozess beruht auf Chloroplasten, den winzigen Energiefabriken in Pflanzenzellen.

Strano und sein Team wollten Chloroplasten aus Pflanzen isolieren und effizienter machen. Wenn Chloroplasten aus Pflanzen entfernt werden, beginnen sie nach einigen Stunden aufgrund von Licht- und Sauerstoffschaden abzubauen.

Um Chloroplasten vor diesem Schaden zu schützen, betteten die Forscher die Chloroplasten mit winzigen Antioxidationspartikeln oder Nanopartikeln ein, die Sauerstoffradikale und andere hochreaktive Moleküle aufnehmen. Um die Nanopartikel zu transportieren, beschichteten die Forscher sie mit einem hoch geladenen Molekül, das die Partikel in die Fettmembranen der Chloroplasten eindringen ließ. Infolge der Nanopartikel sank die Anzahl der schädlichen Moleküle.

Als nächstes beschichteten die Forscher winzige Zylinder, sogenannte Carbon Nanotubes, in negativ geladene DNA und betteten sie in die Chloroplasten ein. Die Nanoröhren arbeiteten wie künstliche Antennen, so dass die Pflanze mehr Licht einfangen konnte als üblich.

Die Photosyntheserate in den Chloroplasten mit eingebetteten Nanoröhren war fast 50 Prozent höher als in isolierten Chloroplasten, denen die Nanoröhren fehlten. Als die Forscher sowohl antioxidative Nanopartikel als auch Kohlenstoffnanoröhrchen in die Chloroplasten einbetteten, funktionierten diese Zellen noch länger außerhalb der Anlage.

Die Forscher verbesserten auch die Energieeffizienz lebender Pflanzen. Sie infundierten Nanopartikel in eine kleine blühende Pflanze namens Arabidopsis Thaliana, Verbesserung der Photosynthese um 30 Prozent. Welche Auswirkungen dies auf die Zuckerproduktion der Pflanze hat, ist ein Rätsel, sagen die Forscher.

Verschmutzungssensoren

Strano und seine Kollegen fanden auch einen Weg, um die Arabidopsis Thaliana Pflanzen in chemische Sensoren, die Kohlenstoffnanoröhren verwenden, die das durch Verbrennung erzeugte Schadstoffstickstoffoxid detektieren.

Die Forscher haben zuvor Kohlenstoffnanoröhrchen entwickelt, die das explosive TNT und das Nervengas Sarin detektieren, sodass sie möglicherweise Pflanzen in Sensoren verwandeln können, um diese Toxine in geringen Konzentrationen zu detektieren. Nanobionische Pflanzen könnten auch zur Überwachung von Pestiziden, Pilzinfektionen oder bakteriellen Toxinen eingesetzt werden. Darüber hinaus arbeitet das Team nun daran, elektronische Materialien in die Anlagen einzubauen.

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