Aus Holz- und Lebensmittelresten: Neue Quantenpunkte wirken als Insektenschutz

Müll aus der Küche und vom Sägewerk taugt künftig vielleicht als Pflanzenschutzmittel. Das japanische Green-Tech-Unternehmen Green Science Alliance hat aus organischen Abfällen wie Holz- und Lebensmittelresten sogenannte Kohlenstoff-Quantenpunkte hergestellt. Im Test wirkten die Partikel abschreckend auf ausgewachsene Weiße Fliegen der Art Bemisia tabaci, einen weltweit gefürchteten Pflanzenschädling, der als Überträger von Pflanzenviren gilt und in der Landwirtschaft erhebliche Ernteverluste verursacht. Nach Angaben des Unternehmens ist dies der erste dokumentierte Fall, in dem Kohlenstoff-Quantenpunkte eine insektenabweisende Wirkung zeigen. Verantwortlich für die Entwicklung ist der Chemiker Ryohei Mori, der bei Green Science Alliance bereits mehrere Quantenpunkt-Varianten aus nachwachsenden Rohstoffen entwickelt hat.

Nanopartikel aus Restmaterial

Quantenpunkte sind künstlich hergestellte Halbleiterpartikel mit einem Durchmesser von ein bis neun Nanometern. Wegen ihrer besonderen elektronischen und optischen Eigenschaften, die auf dem Quanten-Confinement-Effekt beruhen, gelten sie als künstliche Atome. Bislang kommen sie vor allem in Solarzellen, der Bildgebung in der Medizin und hochauflösenden Displays zum Einsatz. Dass Forscher:innen sie nun gegen Feldschädlinge testen, erschließt der Nanotechnologie ein neues Anwendungsfeld.

Insekten begleiten die Menschheit seit jeher als Krankheitsüberträger und Vorratsschädlinge. Mücken und Kriebelmücken übertragen Krankheitserreger, während Kornkäfer, Kakerlaken und Milben Lebensmittelvorräte verunreinigen. Motten und Termiten wiederum zerstören Textilien, Möbel und Holzbauten und zwingen Landwirt:innen sowie Hausbesitzer:innen zu ständiger Schädlingsbekämpfung.

Herkömmliche Insektizide wie Organophosphate und Pyrethroide töten Schädlinge zwar zuverlässig, belasten aber Böden und Gewässer und lösen bei Insekten zunehmend Resistenzen aus. Selbst mildere synthetische Mittel wie DEET unterliegen inzwischen in vielen Ländern strengeren Auflagen. Pflanzliche Alternativen wie Terpene oder Cinnamaldehyd bieten zwar eine Option, doch der Zusammenhang zwischen chemischer Struktur und abweisender Wirkung ist bislang kaum erforscht.

Wirkmechanismus bleibt unklar

Warum die Quantenpunkte Insekten fernhalten, weiß selbst ihr Entwickler Ryohei Mori nicht genau. Er nennt drei mögliche Erklärungen. Die winzigen Partikel könnten klein genug sein, um Zellmembranen und Zellkerne von Insekten zu durchdringen und dabei die DNA zu schädigen. Denkbar ist auch, dass die Quantenpunkte Licht in Wellenlängen abstrahlen, die Insekten instinktiv meiden. Als dritte Möglichkeit nennt Mori die Photokatalyse: Unter Sonnenlicht setzen die Partikel freie Elektronen frei, die lokale Energiestörungen erzeugen und die Tiere reizen.

Günstige Produktion aus Abfallstoffen

Da die Ausgangsstoffe praktisch kostenlos anfallen und sich industriell verarbeiten lassen, könnte die Herstellung deutlich billiger ausfallen als bei konventionellen Repellents. Als natürlich gewonnene Alternative gelten die Partikel zudem als potenziell sicherer im Vergleich zu erdölbasierten Wirkstoffen, auch wenn umfassende Sicherheitstests noch ausstehen. Green Science Alliance plant, die Quantenpunkte künftig aus weiteren Biomasse-Abfällen herzustellen und ihre Wirkung gegen ein breiteres Spektrum an Agrarschädlingen zu prüfen. Bis zur Marktreife bleibt allerdings noch Arbeit zu leisten: Das Unternehmen bezeichnet die aktuellen Ergebnisse selbst als Zwischenschritt und kündigt umfangreiche Sicherheits- und Umweltprüfungen an, bevor ein kommerzielles Produkt entstehen kann. Sollten sich die Befunde bestätigen, könnten Landwirt:innen künftig auf ein Mittel zurückgreifen, das nicht nur Abfall verwertet, sondern auch ohne die Umweltlasten klassischer Insektizide auskommt.

via Quantum Insider