В статье, опубликованной в журнале Science Advances, демонстрируются провода, цифровая логика и даже элементы отображения, изготовленные внутри заводов, которые могут разрабатывать новые приложения для органической электроники и новые инструменты в науке о растениях.Растения — это сложные организмы, которые полагаются на транспорт ионных сигналов и гормонов для выполнения необходимых функций. Однако растения работают в гораздо более медленном масштабе времени, что затрудняет взаимодействие с растениями и их изучение.
Дополнение заводов электронными функциями позволило бы комбинировать электрические сигналы с собственными химическими процессами завода. Контроль и взаимодействие с химическими путями в растениях может проложить путь к основанным на фотосинтезе топливным элементам, датчикам и регуляторам роста, а также устройствам, которые модулируют внутренние функции растений.«Раньше у нас не было хороших инструментов для измерения концентрации различных молекул в живых растениях. Теперь мы сможем влиять на концентрацию различных веществ в растении, которые регулируют рост и развитие.
Здесь я вижу большие возможности для обучения больше ", — говорит Ове Нильссон, профессор биологии репродукции растений и директор Центра науки о растениях Умео, а также соавтор статьи.Идея разместить электронику прямо на деревьях для бумажной промышленности возникла в 1990-х годах, когда команда LOE из Университета Линчёпинга исследовала печатную электронику на бумаге. Первые попытки внедрить электронику на заводах были предприняты доцентом Дэниелом Саймоном, руководителем группы биоэлектроники LOE, и профессором Ксавьером Криспином, руководителем группы твердотельных устройств LOE, но отсутствие финансирования со стороны скептически настроенных инвесторов остановило эти проекты.Благодаря деньгам на независимые исследования от Фонда Кнута и Алисы Валленберг в 2012 году профессор Берггрен смог собрать команду исследователей для перезапуска проекта.
Команда пробовала много попыток ввести проводящие полимеры через стебли роз. Только один полимер, названный PEDOT-S, синтезированный доктором Роджером Габриэльссоном, успешно собрался внутри каналов ксилемы в виде проводящих проводов, при этом позволяя транспортировать воду и питательные вещества. Доктор Элени Ставриниду использовала материал для создания длинных (10 см) проволок в каналах ксилемы розы.
Объединив провода с электролитом, окружающим эти каналы, она смогла создать электрохимический транзистор, транзистор, который преобразует ионные сигналы в электронные выходные сигналы. Используя ксилемные транзисторы, она также продемонстрировала функцию цифрового логического элемента.Доктор Элиот Гомес использовал методы, распространенные в биологии растений — вакуумную инфильтрацию — для введения в листья другого варианта PEDOT. Настоянный полимер сформировал «пиксели» электрохимических ячеек, разделенных прожилками.
Приложенное напряжение заставляло полимер взаимодействовать с ионами в листе, впоследствии изменяя цвет PEDOT в устройстве, подобном дисплею, функционирующем аналогично дисплеям с рулонной печатью, производимым Acreo Swedish ICT в Норрчёпинге.Эти результаты — первые шаги к объединению различных областей органической электроники и науки о растениях. Целью является разработка приложений для энергетики, экологической устойчивости и новых способов взаимодействия с растениями.
Профессор Берггрен видит потенциал совершенно новой области исследований:«Насколько нам известно, ранее не публиковались результаты исследований электроники, производимой на заводах. Раньше этого никто не делал», — говорит он.
Профессор Берггрен добавляет: «Теперь мы действительно можем начать говорить о« электростанциях »- мы можем размещать датчики на растениях и использовать энергию, образующуюся в хлорофилле, производить зеленые антенны или производить новые материалы. Все происходит естественным образом, и мы используем собственные очень продвинутые, уникальные системы ».