różany tranzystor 01.12.2015

Żywy organizm, w którym własne tkanki komórkowe są uzupełnione sztucznymi materiałami, w połowie złożonymi z przewodów i mikroukładów, jest typową postacią w filmach i książkach science fiction. I pomimo postępów w protetyce, pomimo postępów w neuronauce próbujących wypełnić lukę między elektroniką a mózgiem, nadal wydaje się, że takie bioniczne istoty, jeśli się pojawią, będą w bardzo odległej przyszłości. Jednak naukowcy z Uniwersytetu w Linköping Magnus Berggren i współpracownicy donoszą, że udało im się wyhodować różę cyborga, która może zmieniać kolor liści za pomocą sygnału elektrycznego.

Pierwszym pomysłem, który powstał w laboratorium Berggrena prawie 15 lat temu, było „podsłuchiwanie” procesów biochemicznych zachodzących w roślinie i, jeśli to możliwe, nauczenie się ich kontrolowania. Tu oczywiście możemy przywołać inżynierię genetyczną, która pozwala ingerować w program genetyczny organizmu, włączać lub wyłączać określone geny, osiągając w odpowiednim czasie pożądany efekt fizjologiczny. Sukcesy inżynierii genetycznej są trudne do przecenienia i są szczególnie dobre tylko z roślinami, z którymi łatwiej się pracuje i których genom może wytrzymać dość silne wstrząsy. Jednak w Szwecji perspektywy roślin modyfikowanych genetycznie – jeśli mówimy o ich praktycznym zastosowaniu w rolnictwie – są znacznie skromniejsze niż np. w Stanach Zjednoczonych. Badacze pomyśleli więc o tym, co mogłoby być alternatywą dla metod inżynierii genetycznej, w wyniku czego postanowili stworzyć nie genetycznie zmodyfikowaną, a elektroniczną roślinę.

Zadanie polegało na zaopatrzeniu organizmu roślinnego w przewody, że tak powiem, bez operacji, aby uformowały się na miejscu. W tym celu konieczne było znalezienie polimeru, który po pierwsze byłby biokompatybilny, po drugie rozpuszczałby się w wodzie, a po trzecie umożliwiałby rejestrowanie tego, co dzieje się wewnątrz rośliny i wysyłanie do niej sygnałów. Z roztworu cząsteczki monomeru unosiłyby się przez naczynia roślinne i polimeryzowały w nich, tworząc przewody, które biegły przez całą roślinę, od korzeni po liście. Wypróbowano ponad dwanaście substancji organicznych, ale wszystko skończyło się albo blokadą systemu korzeniowego, albo molekuły, które kiedyś były w róży, nie zostały połączone w struktury przewodzące. Ostatecznie autorzy pracy zdecydowali się na PEDOT-S:H, rozpuszczalny w wodzie związek organiczny stosowany w elektronice drukowanej.

Wznosząc się przez układ naczyniowy rośliny cząsteczki PEDOT-S:H straciły atom wodoru, a dzięki uwolnionemu atomowi siarki utworzyły łańcuchy polimerowe o długości 10 cm.Za pomocą złotych elektrod połączonych z różą można było wykazać że elektrownia działa jak tranzystor i że wydajność jest porównywalna z wydajnością prostego tranzystora złożonego tylko z cząsteczek polimeru. W innym eksperymencie liście żywych, nieoszlifowanych róż impregnowano roztworem PEDOT z nanowłókienkami celulozy przy użyciu zestawu próżniowego - w rezultacie naukowcom udało się zmienić kolor liści (nie płatków!). zielony zakres poprzez zastosowanie prądu o różnych napięciach. (Warto również podkreślić, że tutaj elektronika organiczna powstała nie od korzeni przez łodygę, ale bezpośrednio w liściu.) Wyniki eksperymentów publikowane są w Science Advances.

Sami projektanci „róży cyborga” wierzą, że ich eksperymenty posłużą jako podstawa do dalszych badań i że w przyszłości za pomocą takich przewodów organicznych będzie można regulować tło hormonalne w uprawach rolniczych, stymulując wzrost, płodność itp. Oczywiście można zadać pytanie, jak taka operacja wpływa na samą roślinę i czy umrze przedwcześnie z powodu obecności w sobie elektroniki organicznej.

Jednak według Magnusa Berggrena rośliny eksperymentalne, z którymi eksperymentowali ze zmianą koloru liści, wciąż żyją, a liście nadal są z nimi. A jednak nie można pominąć opinii sceptyków, którzy uważają, że jesteśmy „tylko” wybitnym dziełem sztuki, które nie ma praktycznych perspektyw, a takie elektroniczne rośliny tak czy inaczej nie udowodniły jeszcze swojej przewagi nad genetycznie modyfikowanymi.