Was passiert, wenn man einwandige Kohlenstoffnanoröhren in die Blätter einfügt Arabidopsis? Die halbleitenden Nanoröhren integrieren sich in die äußere Hülle der Chloroplasten und verdreifachen die photosynthetische Aktivität, indem sie den Elektronentransport verbessern.

Sollten wir also gentechnisch veränderte Pflanzen herstellen, die Kohlenstoffnanoröhren enthalten? Nun, wahrscheinlich nicht – man muss glauben, dass 3.5 Milliarden Jahre Evolution die Photosynthese ziemlich gut optimiert haben, um ein schönes Gleichgewicht zu erreichen. Aber das bedeutet nicht, dass diese Forschung ohne Anwendungen ist, wie z. B. die Herstellung lebender Blätter, die nichtbiologische Funktionen erfüllen (z. B. Schadstoffe oder Pestizide erkennen), oder die Konstruktion künstlicher Energiegewinnungssysteme, die nicht zum Klimawandel beitragen.

Pflanzen-Nanobionik-Ansatz zur Verbesserung der Photosynthese und der biochemischen Sensorik. (2014) Nature Materials 13, 400–408 doi:10.1038/nmat3890 [Abonnement]
Abstract: Die Grenzfläche zwischen Pflanzenorganellen und nichtbiologischen Nanostrukturen hat das Potenzial, Organellen neue und verbesserte Funktionen zu verleihen. Hier zeigen wir, dass einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWNTs) passiv transportieren und sich irreversibel in der Lipidhülle extrahierter Pflanzenchloroplasten lokalisieren, eine mehr als dreimal höhere photosynthetische Aktivität fördern als die von Kontrollen und die maximalen Elektronentransportraten erhöhen. Die SWNT-Chloroplasten-Anordnungen ermöglichen auch höhere Geschwindigkeiten des Blattelektronentransports in vivo durch einen Mechanismus, der mit einer verstärkten Photoabsorption übereinstimmt. Konzentrationen reaktiver Sauerstoffspezies in extrahierten Chloroplasten werden durch die Zufuhr von Poly(acrylsäure)-Nanoceria- oder SWNT-Nanoceria-Komplexen deutlich unterdrückt. Darüber hinaus zeigen wir, dass SWNTs die Nahinfrarot-Fluoreszenzüberwachung von Stickstoffmonoxid sowohl ex vivo als auch in vivo ermöglichen, und demonstrieren damit, dass eine Pflanze erweitert werden kann, um als photonischer chemischer Sensor zu fungieren. Die nanobionische Technik der Pflanzenfunktion kann zur Entwicklung biomimetischer Materialien für die Lichtsammlung und biochemische Detektion mit regenerativen Eigenschaften und verbesserter Effizienz beitragen.

Bioinspirierte Materialien: Förderung der Pflanzenbiologie. Nature Materials News & Views (2014) 13, 329–331 doi:10.1038/nmat3926 [Abonnement]