来谈谈使用电力的花吧。研究者们已经成功将采用柔性电子元件的电路植入玫瑰,最终这种电路或许能够帮助农场主们监听庄稼甚至控制他们成熟的时间。这一进步能使人类驾驭树木中的能量——不用砍倒它们用做燃料,而是通过介入其光合作用来实现。
柔性电子元件由柔韧的有机材料制成。这使得它们能够与组织相容,同时也催生了科研力量来研究利用它们诊断和治疗疾病。来自瑞典诺尔雪平林雪平大学的材料科学家和电子工程师,同时也是设计该医疗器材的领导者Magnus Berggren表示,有机电子元件正在医疗器材领域中蓬勃发展。
大约15年前,Berggren的一名植物生物学同事提出是否有可能将电子元件植入树木中以监测其中正进行的生化反应。如果能够实现,也许就能对其进行控制,例如精确控制一棵树开花的时间。Berggren表示当时他们都认为这只是一句玩笑话。他认为毕竟生物学家们已经在通过基因工程技术控制植物生化功能方面取得了稳定的进展。然而,转基因植物在瑞典比美国更难获准流入市场,“我们感觉这些技术在瑞典将永远不会应用到森林和田野中。”Berggren表示,因此几年前他和他的同事决定再次考虑电子植物这个想法。
他们的想法是使用植物自身的结构和生物学理论以实现在植物内部装配电子元件。为了实现这个想法,他们希望能在植物内部负责将水从茎运送至叶子的管状通道木质部中完成线装聚合物的装配。他们认为如果能够在水中溶解导电聚合物构建模块,也许植物可以将它们拉进通道并使它们连接起来从而形成一条线。
Bergen和他的同事们尝试了超过12种不同的电子元件聚合构建模块。他们在水中溶解它们,然后把玫瑰完好的根部或茎上的切口放置在水中观察有机物是否会自动向上移动。但是水中的构建模块要么堵塞了茎的基部,要么没有被连接成线。
最终他们尝试了一种被称为PEDOT-S:H的有机电子元件构建模块。每一个这样的模块都包含一根短而重复的链条,该链条是一种带着短臂的导电有机分子,而每条手臂都包含一个连接着氢原子的含硫基团。Berggren谈到,他们发现当它们被放置在水里的时候,玫瑰茎能轻易地将短聚合链拉入木质部通道,虽然完整的植物也会通过根部将有机物拉入,但是相比之下要缓慢许多。一旦它们进入,在这些通道中的化学物会将氢原子拉离短臂,这是一个能使相邻链上含硫基团结合能力得到提升的改变,最终大量的短聚合链会很快将它们自己连接成一条长达10厘米的线。随后,研究人员在这些线的两端添加了电子探针,这时它们实际上已经成为了能导电的电线了。
在那之后,Berggren的团队在玫瑰茎的表面添加了另一种电子补丁用于制造出能控制电流开关的晶体管。今天在Science Advances发表报告时,他们又使用了一套不同的技术用以展示他们能够通过带有有机电子元件的叶片来生成一组像素点。通过使用不同的电压,他们还能够改变这些像素点的颜色。
“听起来这真的很酷”,加利福尼亚州帕罗奥多市斯坦福大学有机电子学专家Zhenan Bao表示。不过在快速看完这篇文章后,Bao 并不清楚该技术的用途是什么。
Bergen表示他也正开始梳理这个问题的答案。他认为有一种可能性是将电子感受器嵌入到一些作物中用以探查他们什么时候开始释放进行开花或者其他改变的激素,这或许能让果农们找到更好的时间去为植物们浇水和施肥。同时他还认为我们甚至有可能使用电子元件去加速或减缓植物开花的时间来保护它们不受极恶劣天气的摧残。最后,他表示也许在未来一段时间内我们有可能通过驾驭植物光合作用的能力来直接生产电能,使我们能在不摧毁植物的情况下也能享受太阳的能量。
翻译:聂辰成 审稿:董子晨曦
原文链接:http://news.sciencemag.org/technology/2015/11/electrifying-advance-researchers-create-circuit-within-living-plants
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