瑞典開發出生化植物,玫瑰花莖葉裡長電路

作者 | 發布日期 2015 年 11 月 25 日 15:08 | 分類 生物科技 , 科技趣聞 follow us in feedly
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科幻小說與電影裡常有人體與機械裝置結合,或是機械與人體組織結合的生化人(cyborg),前者最有名的如機器戰警,後者如魔鬼終結者,不過倒是很少人想把電路與植物結合做成生化植物。瑞典林雪坪大學(Linköping University)有機電子實驗室的研究團隊,卻率先開發出這樣的植物,論文於 2015 年 11 月 20 日發表於《科學》(Science)期刊的子刊物《科學進展》(Science Advances)。



植物要怎麼裝電路?研究團隊想到,維管束植物本身就有貫通整個植物體的管路系統,那就是維管束本身,所謂維管束植物,包括蕨類、裸子植物(松柏、銀杏、蘇鐵等)、被子植物(開花植物),這些植物的莖葉有無數相連通的小小管道,稱為維管束系統,包括韌皮部和木質部,植物透過這些管道,上下傳送水分與養分。要看到維管束很容易,把芹菜莖切開,橫切面上可見到沿著邊緣排列的一個個小管橫斷面,那就是維管束。

維管束的管路系統,原本就在植物本體中四通八達,於是瑞典研究團隊想到,只要讓這些「水管」裡長出電路,就能成為通達植物各處的「神經系統」。研究團隊利用的是將水份往上送的木質部,利用一種導電性水溶性聚合物 PEDOT-S:H,溶在水中,再把玫瑰切花的莖斷面放進溶液,當木質部吸水往上時,自然帶動 PEDOT-S:H 沿著木質部往上,之後在管壁結成一層薄膜,就成為可通電的電路,最長可達 10 公分。

研究團隊表示,找到適合的聚合物相當困難,有的物質會毒害植物,有的則會阻塞木質部,兩種狀況都會導致植物死亡而失敗,經過十多種不同嘗試,最終才找到 PEDOT-S:H,不僅切花的莖斷面會吸收 PEDOT-S:H,活生生的植物也能透過根部吸收,只是速度比較慢。

團隊將另一種 PEDOT 聚合物與奈米纖維素一起送入玫瑰花的葉子時,纖維素會形成微小海綿狀結構,孔洞裡充滿聚合物,加上葉內本身的液體,形成微小的化學電池,只要通電,就能些微改變葉子的顏色。

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研究團隊表示這個研究還在很初期的階段,不過,過去很難了解生體植物內部物質如何運作,一旦能在植物內部加裝電路,開啟許多研究的可能,而在實體應用上,也有許多想像空間,包括若整棵樹中通滿電路,將可以把樹當成天線,成為綠色天線,也可能透過電路控制植物,生產新的材料,或是藉此利用光合作用的能源等。

不過,如果說要種樹發電,與其打造生化植物,荷蘭瓦赫寧恩大學(Wageningen University)研究團隊的研究結果可能比較實際,2007年,瓦赫寧恩大學研究團隊申請「植物─微生物燃料電池」(Plant-Microbial Fuel Cells, Plant-e)專利,原理是一般樹木行光合作用有 70% 有機產物不能利用,只能經韌皮部往下輸送到根部排到土壤,土壤中的微生物分解這些有機物質的過程中會產生電位差,所以,只要在正確的地方插上電極,樹根每天都會自己發電。經過多年研究,在實驗農場上,15 平方公尺的種植地,可以供應一台筆記型電腦的用電。

無論如何,生化植物仍是前所未有的新發明,利用植物原本的構造更是相當有創意,至於未來的應用,就看研究團隊如何發展了。

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