Biohybrid-System Wie „Superpflanzen“ mehr Sonnenlicht absorbieren

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An der Freien Universität Bozen wurde erstmals eine vollständig biohybride Pflanze entwickelt, die dank integrierter Nanopartikel mehr Sonnenlicht absorbiert. Dies ermöglicht eine effizientere CO₂-Aufnahme und schafft Potenzial für erneuerbare Energien.

Grüne Technologien gehen über Solarpaneele, energieeffiziente Gebäude und Elektrofahrzeuge hinaus – auch Pflanzen können Teil innovativer technologischer Lösungen sein. Ein Forschungsteam an der Fakultät für Ingenieurwesen der Freien Universität Bozen (Unibz) hat in Zusammenarbeit mit anderen Universitäten und internationalen Forschungszentren die erste vollständig biohybride Pflanze entwickelt. Nanopartikel, die direkt in die Pflanzen eingebracht werden, verbessern die Lichtaufnahmefähigkeit, fördern das Wachstum und eröffnen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Diese reichen von der CO₂-Bindung aus der Atmosphäre bis zur Erzeugung von Bioenergie.

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 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 nutzte das Forschungsteam der Freien Universität Bozen Pflanzen der Art Arabidopsis thaliana, die in der Pflanzenforschung breite Anwendung finden.
• Die technologische Komponente bestand aus Nanopartikeln aus dem organischen Polymer P3HT, eine lange Kette aus vielen kleinen, sich wiederholenden molekularen Einheiten mit Kohlenstoffatomen – vergleichbar mit einer Perlenkette.  
• 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.

P3HT-Nanopartikel verbessern natürliche Pflanzenfunktionen

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.

Über die Studie zu biohybriden Pflanzen

Die Studie wurde vom Sensing Technologies Lab der Unibz unter der Leitung von Professorin Luisa Petti durchgeführt, in Zusammenarbeit mit der Fakultät für Agrar-, Umwelt- und Lebensmittelwissenschaften, dem Kompetenzzentrum für Pflanzengesundheit sowie der Forschungsgruppe PRIME der Unibz. Weitere Partner waren die Fondazione Bruno Kessler, Eurac Research, die Ludwig-Maximilians-Universität München, das Istituto dei Materiali per l’Elettronica e il Magnetismo (IMEM) des Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) sowie Elettra Sincrotrone Trieste.

Der wissenschaftliche Artikel mit dem Titel „Conjugated Polymer Nanoparticles Boosting Growth and Photosynthesis in Biohybrid Plants“ wurde als Titelgeschichte in der Fachzeitschrift Materials Horizons der Royal Society of Chemistry veröffentlicht und zudem in die Sammlung „Most Popular Articles 2025“ aufgenommen.