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瑞典开发出生化植物,玫瑰花茎叶里长电路

2024-11-23 210

科幻小说与电影里常有人体与机械装置结合,或是机械与人体组织结合的生化人(cyborg),前者最有名的如机器战警,后者如魔鬼终结者,不过倒是很少人想把电路与植物结合做成生化植物。瑞典林雪坪大学(Linköping University)有机电子实验室的研究团队,却率先开发出这样的植物,论文于 2015 年 11 月 20 日发表于《科学》(Science)期刊的子刊物《科学进展》(Science Advances)。

植物要怎么装电路?研究团队想到,维管束植物本身就有贯通整个植物体的管路系统,那就是维管束本身,所谓维管束植物,包括蕨类、裸子植物(松柏、银杏、苏铁等)、被子植物(开花植物),这些植物的茎叶有无数相连通的小小管道,称为维管束系统,包括韧皮部和木质部,植物透过这些管道,上下传送水分与养分。要看到维管束很容易,把芹菜茎切开,横切面上可见到沿着边缘排列的一个个小管横断面,那就是维管束。

维管束的管路系统,原本就在植物本体中四通八达,于是瑞典研究团队想到,只要让这些“水管”里长出电路,就能成为通达植物各处的“神经系统”。研究团队利用的是将水分往上送的木质部,利用一种导电性水溶性聚合物 PEDOT-S:H,溶在水中,再把玫瑰切花的茎断面放进溶液,当木质部吸水往上时,自然带动 PEDOT-S:H 沿着木质部往上,之后在管壁结成一层薄膜,就成为可通电的电路,最长可达 10 公分。

研究团队表示,找到适合的聚合物相当困难,有的物质会毒害植物,有的则会阻塞木质部,两种状况都会导致植物死亡而失败,经过十多种不同尝试,最终才找到 PEDOT-S:H,不仅切花的茎断面会吸收 PEDOT-S:H,活生生的植物也能透过根部吸收,只是速度比较慢。

团队将另一种 PEDOT 聚合物与奈米纤维素一起送入玫瑰花的叶子时,纤维素会形成微小海绵状结构,孔洞里充满聚合物,加上叶内本身的液体,形成微小的化学电池,只要通电,就能些微改变叶子的颜色。

研究团队表示这个研究还在很初期的阶段,不过,过去很难了解生体植物内部物质如何运作,一旦能在植物内部加装电路,开启许多研究的可能,而在实体应用上,也有许多想像空间,包括若整棵树中通满电路,将可以把树当成天线,成为绿色天线,也可能透过电路控制植物,生产新的材料,或是借此利用光合作用的能源等。

不过,如果说要种树发电,与其打造生化植物,荷兰瓦赫宁恩大学(Wageningen University)研究团队的研究结果可能比较实际,2007年,瓦赫宁恩大学研究团队申请“植物─微生物燃料电池”(Plant-Microbial Fuel Cells, Plant-e)专利,原理是一般树木行光合作用有 70% 有机产物不能利用,只能经韧皮部往下输送到根部排到土壤,土壤中的微生物分解这些有机物质的过程中会产生电位差,所以,只要在正确的地方插上电极,树根每天都会自己发电。经过多年研究,在实验农场上,15 平方米的种植地,可以供应一台笔记型电脑的用电。

无论如何,生化植物仍是前所未有的新发明,利用植物原本的构造更是相当有创意,至于未来的应用,就看研究团队如何发展了。

  • Six Million Dollar Plant: Scientists grow cyborg roses

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2019-03-16 13:31:00

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