Leuchtende Pflanzen durch Nanopartikel

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Leuchtende Pflanzen könnten laut Forschern des MIT bald die Leselampe ersetzen. Foto: Seon-Yeong Kwak

Statt der Lampe einfach Pflanzen für die Beleuchtung nutzen: Forscher des MIT arbeiten derzeit an einer Technologie, mit der es möglich sein soll, mithilfe von Pflanzen den Arbeitsplatz ausreichend auszuleuchten. Grundlage dieser Entwicklung sind in die Blätter eingebettete Nanopartikel.

Die Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) wollen ihre Technologie dafür nutzen, Innenbeleuchtung mit geringer Intensität bereitzustellen oder um Bäume in Straßenlampen mit eigener Stromversorgung umzuwandeln. „Die Vision ist es, eine Pflanze zu schaffen, die als Schreibtischlampe funktioniert – eine Lampe, die man nicht anstecken muss.“, so Michael Strano, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT und leitender Autor der Studie.

Pflanzen könnten die elektrischen Geräte der Zukunft sein

Das Projekt bewegt sich im neuen Forschungsfeld der Pflanzen-Nanobionik. Es wurde von Stranos Labor entwickelt und hat zum Ziel, Pflanzen durch die Einbettung von Nanopartikeln neue Merkmale zu verleihen. Die beteiligten Forscher wollen Pflanzen dabei insofern weiterentwickeln, dass sie die verschiedenste Funktionen elektrischer Geräte erfüllen können. So haben sie bereits Exemplare von Brunnenkresse fertig gestellt, die Sprengstoffe erkennen und entsprechende Informationen an das Smartphone übermitteln können. Ebenso wie Pflanzen, die Dürre-Bedingungen überwachen.

Darauf aufbauend schienen leuchtende Pflanzen das nächste logische Ziel der Forscher zu sein, da die Beleuchtung etwa 20 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs ausmacht – ein enormes Einsparpotenzial also. Weiterer Vorteil: „Pflanzen können sich selbst reparieren und sind bereits an ihre Umwelt angepasst“, so Strano. „Wir denken daher, dass die Zeit für eine solche Idee gekommen ist.“

MIT-Team wendet Glühwürmchen-Prinzip auf Pflanzen an

Um die leuchtenden Pflanzen erschaffen zu können, arbeitete das Team des MIT mit sogannten Luciferasen – Enzymen, die auch Glühwürmchen zu leuchten bringen. Die Luciferasen wirken auf ein Molekül namens Luciferin, wodurch es Licht emittiert. Ebenfalls eine Rolle spielt das Coenzym A, welches dabei hilft, ein hemmendes Reaktionsnebenprodukt zu entfernen.

Die Forscher verpacken jede dieser drei Komponenten in eine andere Art von Nanopartikelträger. Die Nanopartikel helfen dann jeder Komponente, zum richtigen Teil der Pflanze zu gelangen. Sie verhindern auch, dass die Komponenten zu hohe Konzentrationen erreichen, die für die Pflanzen toxisch sein könnten. Die Nanopartikel sind alle aus Materialien hergestellt, die von der U.S. Food and Drug Administration „allgemein als sicher“ eingestuft werden.

Bislang geringe Lichtintensität und 3,5 Stunden Leuchtzeit

Um die Partikel letztendlich in die Pflanzenblätter zu bringen, suspendierten die Forscher diese zuerst in einer Lösung. Anschließend wurden die Pflanzen darin eingetaucht und dann hohem Druck ausgesetzt, sodass die Nanopartikel durch winzige Poren, die sogenannten Stomata, in die Blätter gelangen konnten.

Die anfangs angestrebte Leuchtzeit von 45 Minuten konnte mittlerweile auf 3,5 Stunden ausgeweitet werden. Das Licht, das von einem zehn Zentimeter großen Brunnenkresse-Setzling erzeugt wird, beträgt derzeit etwa ein Tausendstel der Menge, die zum Lesen benötigt wird. Trotzdem glauben die Forscher daran, dass sie das emittierte Licht sowie die Lichtdauer durch weitere Optimierung der Konzentration und Freisetzung verstärken können.

Forscher des MIT planen künftig auch Bäume zum Leuchten zu bringen

Die von Stranos Labor entwickelte Methode kann im Gegensatz zu früheren Methoden mit gentechnisch verändertem Material für jede Art von Pflanze verwendet werden. Bisher wurde die Wirksamkeit neben Kresse auch für Rucola, Grünkohl und Spinat nachgewiesen. Für zukünftige Versionen dieser Technologie hoffen die Forscher zusätzlich auf eine Möglichkeit, Nanopartikel auf die Pflanzenblätter zu streichen oder zu sprühen, um so auch Bäume und andere große Pflanzen zu Lichtquellen zu machen.

„Unser Ziel ist es, eine Behandlung sowohl bei Sämlingen als auch reifen Pflanze durchführen zu können, sodass die leuchtkraft für die gesamte Lebensdauer der Pflanze anhält“, so Strano. „Unsere Arbeit öffnet die Tür zu Straßenlaternen, die nichts anderes sind als behandelte Bäume.“

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