Транзистор з троянди 01.12.2015

Живий організм, у якого його власні тканини з клітин доповнені штучними матеріалами, який наполовину складається з дротів та мікросхем – звичайний персонаж фантастичних фільмів та книг. І, незважаючи на успіхи у створенні протезів, незважаючи на успіхи нейробіологів, які намагаються налагодити контакт між електронікою та мозком, все-таки здається, що такі біонічні істоти, якщо й виникнуть, то у дуже віддаленому майбутньому. Проте, як повідомляють дослідники з Університету Лінчепінга Магнус Берггрен (Magnus Berggren) та його колеги, їм вдалося виростити троянду-кіборга, у якої можна за допомогою електричного сигналу змінювати колір листя.

Вихідна ідея, що виникла в лабораторії Берггрена майже 15 років тому, полягала в тому, щоб "підслухати" біохімічні процеси, що відбуваються в рослині, і, наскільки можна, навчитися управляти ними. Тут, звичайно, можна згадати генну інженерію, яка дозволяє втручатися в генетичну програму організму, включати або вимикати ті чи інші гени, домагаючись потрібного фізіологічного ефекту в потрібний час. Успіхи генної інженерії важко переоцінити, і особливо великі вони саме з рослинами, з якими простіше працювати і геном якого витримує досить сильні струси. Однак у Швеції перспективи у генетично модифікованих рослин - якщо говорити про їхнє практичне застосування в сільському господарстві - набагато скромніші, ніж, наприклад, у США. Тож дослідники задумалися про те, що може стати альтернативою генноінженерним методам, і в результаті вирішили створити не генномодифіковану, а електронну рослину.

Завдання полягало в тому, щоб забезпечити рослинний організм проводами, так би мовити, без операції, щоб вони формувалися самі прямо на місці. Для цього слід знайти такий полімер, який був би, по-перше, біосумісний, по-друге, розчинявся б у воді, по-третє, дозволяв би реєструвати те, що відбувається всередині рослини, і посилати сигнали всередину нього. З розчину молекули-мономіри піднімалися б по рослинних судинах і полімеризовувались в них, формуючи ті самі дроти, які пронизували б всю рослину, від коріння до листя. Було перепробовано понад дванадцять органічних речовин, проте все закінчувалося або закупоркою кореневої системи, або молекули, потрапивши в троянду, не збиралися в провідні структури. Зрештою, автори роботи зупинилися на PEDOT-S:H, розчинному у воді органічному з'єднанні, яке використовують у електроніці, що друкується.

Піднімаючись по судинній системі рослини, молекули PEDOT-S:H втрачали атом водню, і за рахунок атома сірки, що звільнився, формували полімерні ланцюжки довжиною 10 см. За допомогою золотих електродів, приєднаних до троянди, вдалося показати, що рослина працює як транзистор, і що його робочі характеристики цілком можна порівняти з тими, які демонструє простий транзистор, зібраний лише з молекул полімеру. В іншому досвіді за допомогою вакуумної установки розчином PEDOT з целюлозними нановолокнами просочували листя живих, незрізаних троянд - в результаті дослідники змогли змінювати колір листя (не пелюсток!) у синьо-зеленому діапазоні, подаючи струм різної напруги. (Варто ще наголосити, що тут органічна електроніка формувалася не від коріння через стебло, а прямо в листі.) Результати експериментів опубліковані в Science Advances.

Самі конструктори "троянди-кіборга" вважають, що їхні експерименти послужать основою для подальших досліджень, і що в перспективі за допомогою подібних органічних проводів можна буде регулювати гормональне тло в сільськогосподарських культурах, стимулюючи зростання, плодючість і т. д. Звичайно, можна запитати себе Як така операція позначається на самій рослині, і чи не загине вона раніше терміну через присутність у собі органічної електроніки.

Однак, за словами Магнуса Берггрена, піддослідні рослини, з якими ставили досліди щодо зміни кольору листя, все ще живі, і листя поки що при них. І все ж таки не можна скидати з рахунку думку скептиків, які вважають, що перед нами "лише" видатний витвір мистецтва, що не має практичних перспектив, і, так чи інакше, таким електронним рослинам ще доведеться довести свої переваги перед генетично модифікованими.