: 23.11.2015
Розы-киборги и тыквы-мониторы
Чтобы создать растения с «вживленными» электронными схемами, шведские ученые из университета Линчепинга воспользовались технологиями органической электроники. Это сравнительно молодое направление, работающее с электронными компонентами на основе проводящих полимеров. С помощью таких технологий электронные приборы и их компоненты можно, по сути, печатать на принтере, используя в качестве чернил соответствующие органические материалы. На выходе получаются органические светодиоды, скручиваемые в рулон дисплеи, гибкие солнечные батареи, одноразовые приборы для медицинской диагностики и многое другое.
Чтобы внедрить элементы органической электроники в растения, использовали особенности их строения и физиологии. Растения обладают своего рода аналогом кровеносной системы – проводящей системой, которую делят на ксилему, осуществляющую восходящий ток воды и растворенных в ней минеральных веществ от корней к листьям, и флоэму, по которой продукты фотосинтеза (углеводы) транспортируются от листьев к другим частям растения, где происходит их потребление. Ученые решили растворить мономерные «строительные блоки» проводящих полимеров в воде, и в эту воду поместить растения в надежде на то, что проводящая органика вместе с восходящим током воды поднимется по ксилеме и заполимеризуется в «провода». Использовать для этого решили розы (Rosa floribunda) – черенки или даже целые растения с неповрежденными корнями.
Поперечное сечение стебля Alliaria petiolata. Отверстия с темно-красными контурами - сосуды ксилемы
Успех пришел не сразу – более десятка вариантов проводящих полимеров пришлось отвергнуть, потому что они или забивали основание стебля или поднимались вверх по ксилеме, но не образовывали «провода». Наконец, был испытан материал под названием PEDOT-S:H, один из наиболее изученных и исследованных органических электронных материалов. И срезанные и неповрежденные растения смогли «протащить» его вверх по стеблю, где он самоорганизовался в «провода», некоторые из которых достигали 5-10 сантиметров.
Ученые убедились, что «провода» действительно проводят электричество, а затем, используя свойства электролита (сок растений представляет собой слабый электролит) создали электрохимические транзисторы, с помощью которых можно было включать и выключать ток в «проводе». Таким образом, в живом цветке была сконструирована работающая полноценная, хотя и простейшая электронная схема.
Еще в одной серии экспериментов ученые получили листья, способные менять цвет под действием электрического тока. Для этого воздух, содержащийся в листе, заместили на раствор PEDOT-S:H, смешанный с нановолокнами целлюлозы, которую используют для изготовления микросхем на органической подложке. Лист поместили в шприц с соответствующим раствором, и вытягивали поршень шприца так, что в нем образовывался вакуум. Воздух при этом из листа выходил – в область меньшего давления, а раствор заходил внутрь. В результате получился «живой дисплей»: при подаче напряжения листья изменяли цвет от зеленоватых до голубоватых оттенков.
Есть и сомнения относительно того, не мешает ли полимер жизнедеятельности растений. Но Берген говорит, что они выполняли опыты с изменением цвета листьев и на целых растениях, и они живы месяцы спустя, и с их листьями тоже все в порядке.
Ряд ученых сомневается в практической пользе этого направления работ, хотя, конечно, все любопытно и весело; но сам Берген применение вполне видит. Например, он говорит о возможности внедрять электронные датчики в часть растений в поле, чтобы мониторить по содержанию в них определенных веществ какие-либо биохимические процессы – например, не собираются ли растения цвести. Это может позволить фермерам оптимизировать время полива или внесения удобрений, или может быть использовано для ускорения или замедления наступления цветения при необходимости. Наконец, может быть, в далеком будущем подобная технология даст возможность использовать энергию фотосинтеза для непосредственного производства электроэнергии, не разрушая растения, не рубя деревья на дрова. А пока группа Бергена в сотрудничестве с еще одной группой биологов занимается разработкой приложений для мониторинга физиологии растений.
По: http://news.sciencemag.org и http://www.nature.com
Фото: https://www.flickr.com Авторские права: https://creativecommons.org и https://simple.wikipedia.org Авторские права: http://creativecommons.org
Подготовила Мария Перепечаева
: 23.11.2015 
