Nanoröhren mit Doppelfunktion

Gereinigte Nanoröhren können Wachstum fördern und hemmen

21.12.2017 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Gereinigte Nanoröhren beschleunigen das Wachstum von Weizengras, vermutlich weil sie den Pflanzen effizient Wasser zuführen. (Bildquelle: © iStock.com/Avalon_Studio)
Gereinigte Nanoröhren beschleunigen das Wachstum von Weizengras, vermutlich weil sie den Pflanzen effizient Wasser zuführen. (Bildquelle: © iStock.com/Avalon_Studio)

Kohlenstoff-Nanoröhren finden immer breitere Anwendung in der Kunststoff- und Elektronikproduktion. Das bedeutet auch: Die industriell hergestellten Nanoteilchen verbreiten sich zusehends in unserer Umwelt. Welchen Einfluss sie dort haben, ist bisher nur rudimentär untersucht. Wissenschaftler haben jetzt gezeigt, dass bestimmte Arten von Nanoröhren vermutlich als Trägermaterial fungieren können. Sie sind in der Lage, organische Schadstoffe festzuhalten und anzureichern – mit schwerwiegenden Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum.

Was haben Windturbinen, Unterwasserfarben und Fahrradrahmen gemeinsam? Sie alle profitieren von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT). Die extrem zugfesten Teilchen verbessern die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen. Und dank ihrer besonderen Leitfähigkeit sind sie auch für die Herstellung von Transistoren oder Datenspeichern interessant. In Zukunft, so viel ist sicher, werden sie Einzug halten in zahlreiche weitere Produkte.

Das Problem ist: Die Teilchen sind stabil und werden in der Umwelt nur langsam abgebaut, dafür aber leicht vom Wind in die hintersten Ecken der Welt verweht. Welchen Einfluss haben sie dort auf die Landwirtschaft?

Gereinigte CNTs wirken als Trägermaterial

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Dreidimensionale Modelle von drei verschiedenen Kohlenstoff-Nanoröhren.

Quelle: © Mstroeck/Wikimedia.org/CC BY-SA 3.0

Diese Frage ist jetzt teilweise beantwortet. Doch wie so oft gilt: Die Sache ist komplizierter. Einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren verleihen Weizenpflanzen  (Triticum aestivum) einen Wachstumsschub, wenn sie gemeinsam mit Wasser verabreicht werden. Ein ganz anderes Bild zeigt sich, wenn man die gleichen CNTs mit einem organischen Lösungsmittel kombiniert. In diesem Fall hemmen sie das Wachstum der Weizenkeimlinge.

Organische Schadstoffe werden angereichert

Für ihr Experiment präparierten die Forscher zunächst 12 unterschiedliche Petrischalen. Sie legten Watte hinein und tröpfelten darauf entweder Wasser oder das Lösungsmittel Tetrahydrofuran (THF). In beiden Flüssigkeiten war jeweils einer der folgenden CNTs gelöst: einwandige unsaubere CNTs (an denen noch Rückstände des bei der Herstellung verwendeten Katalysators hafteten), einwandige gereinigte CNTs oder mehrwandige CNTs. Zusätzlich testeten sie eine Lösung mit Eisenoxidnanopartikeln, die chemisch den Katalysatorrückständen sehr ähnlich sind.

Nachdem die Flüssigkeit verdunstet war, setzten sie zwanzig Weizensamen in jede Petrischale und benetzten sie jeden Tag mit Wasser. Über acht Tage hinweg dokumentierten sie die Keimung der Samen und das Pflanzenwachstum.

Nanomaterialien nicht isoliert betrachten

In allen Petrischalen wuchsen grüne Keimlinge heran. In den meisten experimentellen Anordnungen zeigten sich keine Unterschiede. Besonders schnell und gut entwickelten sich die Samen, die mit gereinigten CNTs und Wasser in Kontakt kamen. Nach acht Tagen waren diese Pflanzen 13 Prozent größer als die Kontrollgruppe. Die Keimlinge, die auf gereinigten CNTs und THF wachsen mussten, hinkten in der Entwicklung hinterher. Sie waren 45 Prozent kleiner als die Keimlinge, die nur auf Wasser wuchsen.

Warum das so ist, liegt vermutlich in der besonderen Struktur der CNTs begründet. Sie sind hydrophob, also wasserabweisend, und haben eine große Oberfläche. Durch diese Eigenschaft erleichtern sie den Pflanzen die Wasseraufnahme. Andererseits können die CNTs dadurch auch besonders gut mit organischen Lösungsmitteln interagieren. Vermutlich adsorbieren sie das THF, reichern es an und die Pflanzen sind dadurch erhöhten Konzentrationen von THF ausgesetzt. Der negative Effekt auf das Wachstum nahm im Zeitverlauf ab. Das könnte daran liegen, dass bei jedem Gießvorgang das Wasser ein wenig von dem THF von den Nanoröhrchen verdrängt hat.

Dieses Experiment zeigt, dass Nanomaterialien in unserer Umwelt einen Einfluss auf das Pflanzenwachstum haben könnten. Durch die mannigfaltigen Wechselwirkungen zwischen Nanoteilchen, Mikroben, Pflanzen und Tieren könnten sich die unterschiedlichsten Effekte ergeben. Es wird noch viel Forschung nötig sein, bis sie endgültig verstanden sind.

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