Как сделать транзистор из розы
Органические полимерные провода превратили растение в электронное устройство.
Живой организм, у которого его собственные ткани из клеток дополнены искусственными материалами, который наполовину состоит из проводов и микросхем – обычный персонаж фантастических фильмов и книг. И, несмотря на успехи в создании протезов, несмотря на успехи нейробиологов, пытающихся наладить контакт между электроникой и мозгом, всё-таки кажется, что такие бионические существа, если и возникнут, то в очень отдалённом будущем. Тем не менее, как сообщают исследователи из Университета Линчёпинга Магнус Берггрен (Magnus Berggren) и его коллеги, им удалось вырастить розу-киборга, у которой можно с помощью электрического сигнала менять цвет листьев.
Исходная идея, возникшая в лаборатории Берггрена почти 15 лет назад, состояла в том, чтобы «подслушать» биохимические процессы, происходящие в растении, и, по возможности, научиться управлять ими. Здесь, конечно, можно вспомнить про генную инженерию, которая позволяет вмешиваться в генетическую программу организма, включать или выключать те или иные гены, добиваясь нужного физиологического эффекта в нужное время. Успехи генной инженерии трудно переоценить, и особо велики они как раз с растениями, с которыми проще работать и чей геном выдерживает довольно сильные встряски. Однако в Швеции перспективы у генетически модифицированных растений – если говорить об их практическом применении в сельском хозяйстве – намного более скромные, чем, например, в США. Так что исследователи задумались о том, что может стать альтернативой генноинженерным методам, и в результате решили создать не генномодифицированное, а электронное растение.
Задача заключалась в том, чтобы снабдить растительный организм проводами, так сказать, без операции, чтобы они формировались сами прямо на месте. Для этого следовало найти такой полимер, который был бы, во-первых, биосовместим, во-вторых, растворялся бы в воде, в-третьих, позволял бы регистрировать то, что происходит внутри растения, и посылать сигналы внутрь него. Из раствора молекулы-мономеры поднимались бы по растительным сосудам и полимеризовывались в них, формируя те самые провода, которые пронизывали бы всё растение, от корней до листьев. Было перепробовано более двенадцати органических веществ, однако всё кончалось либо закупоркой корневой системы, либо же молекулы, попав в розу, не собирались в проводящие структуры. В конце концов, авторы работы остановились на PEDOT-S:H, растворимом в воде органическом соединении, которое используют в печатаемой электронике.
Поднимаясь по сосудистой системе растения, молекулы PEDOT-S:H теряли атом водорода, и за счёт освободившегося атома серы формировали полимерные цепочки длиной 10 см. С помощью золотых электродов, подсоединённых к розе, удалось показать, что растение работает как транзистор, и что его рабочие характеристики вполне сравнимы с теми, которые демонстрирует простой транзистор, собранный только из молекул полимера. В другом опыте с помощью вакуумной установки раствором PEDOT с целлюлозными нановолокнами пропитывали листья живых, несрезанных роз – в результате исследователи смогли менять цвет листьев (не лепестков!) в сине-зелёном диапазоне, подавая ток разного напряжения. (Стоит ещё подчеркнуть, что здесь органическая электроника формировалась не от корней через стебель, а прямо в листе.) Результаты экспериментов опубликованы в Science Advances.
Сами конструкторы «розы-киборга» полагают, что их эксперименты послужат основой для дальнейших исследований, и что в перспективе с помощью подобных органических проводов можно будет регулировать гормональный фон в сельскохозяйственных культурах, стимулируя рост, плодовитость и т. д. Конечно, можно задаться вопросом, как такая операция сказывается на самом растении, и не погибнет ли оно раньше срока из-за присутствия в себе органической электроники.
Однако, по словам Магнуса Берггрена, подопытные растения, с которыми ставили опыты по изменению цвета листьев, всё ещё живы, и листья пока ещё при них. И всё же нельзя сбрасывать со счета мнение скептиков, полагающих, что перед нами «всего лишь» выдающееся произведение искусства, не имеющее практических перспектив, и, так или иначе, таким электронным растениям ещё предстоит доказать свои преимущества перед генетически модифицированными.
