神奇的植物电路

神奇的植物电路

—能导电的玫瑰0504010203目录

原理

过程概述发展前景

提出

众所周知，人类的很多发明都是从自然界得到的灵感。不过，反过来，把人类的技术与自然界结合起来，也是很有趣的一件事情。

一、概述

科幻小说与电影里常有人体与机械设备结合，或是机械与人体组织结合的生化人（cyborg），前者最有名的如机械战警，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。化学家的脑洞能开多大？看这朵内含有机电路的玫瑰

二、提出

瑞典林雪坪大学（LinköpingUniversity）有机电子实验室的研究团队人员脑洞大开，将模拟和数字电路第一次放入活的植物体内，利用玫瑰的根管系统构建起了电子电路的核心部件。论文于2015年11月20日发布于《科学》（Science）期刊的子刊物《科学进展》（ScienceAdvances）。

自然界中的植物和家用电子产品的世界通常不会有重叠。不过，最新的一项研究中，报道了一种将电子学和生物学融合在一起的技术，从而朝着一个植物电路的世界迈出了重要一步。

研究团队将很多种电气元件都集成在玫瑰里，包括电线、数字逻辑电路，甚至还包括具有显示功能的元件。三、原理玫瑰—被子植物门、双子叶植物纲、蔷薇目、维管束植物原理核心—维管束系统

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。

要在植物体内布上导线不是件容易的事情，如果把金属电线一根根塞进去，植物自然也存活不了。为了不对植物组织造成影响，研究者们选择了导电高分子聚合物作为“电线”材料，它能够像金属线一样导电，同时还不影响玫瑰的茎传输水分和有机养料。

维管束的管路系统，原本就在植物本体中四通八达，如果将植物浸泡在高分子导电聚合物溶液中，让这导电些聚合物随着导管吸收扩散并附着在管壁上，那么最终就可以在植物体内形成一个导电线路网了，进而实现电路导电。四、过程

使得这一切成为可能的高分子聚合物是poly(3,4-ethylenedioxythiophene)（PEDOT）衍生物。在研究人员试用的众多材料中，它是其中唯一的一种可以在玫瑰的木质部养料输送通道中组装成所需结构的人工合成物质。

要实现这个设想，必须要找到一种既能溶于水、具有良好的导电性，又能穿过植物的微管系统形成电线的导电材料。研究人员尝试的很多材料最终证实对玫瑰有毒性，在起始的叶柄处便出现堵塞或者无法黏住叶脉的内表面木质部。PEDOT是EDOT（3,4-乙撑二氧噻吩单体）的聚合物。PEDOT具有分子结构简单、能隙小、电导率高等特点，被广泛用作有机薄膜太阳能电池材料、电致变色材料、透明电极材料等领域的研究。

研究团队将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。理学院

将根和叶子均被移除的花园玫瑰浸在PEDOT溶液的过程中，该聚合物被植物的木质部网络吸收，然后作为一种胶体被凝固在里面。当剥掉茎秆底部的外皮和组织时，研究人员能看到蜿蜒穿过玫瑰的细长黑色电线。研究人员将聚合物与电解质在木质部通道周围相结合，有效地创建了一种电化学晶体管，可以将离子信号转换成电信号输出。他们顺着玫瑰长度将金电极和探针“钉”上，然后将其连接到外部电阻器，并通上电流。

研究者还尝试用植物体内的这些“导线”制作数字电路。他们表示，这些“植物电路”的表现可以与导电聚合物制作的常规印刷电路相提并论。理学院

通过将另一种PEDOT衍生物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）注入玫瑰，研究人员把电化学反应池分布于玫瑰花叶片上，在其上创造了一种有机像素的显示屏。当施加电压时，聚合物与在叶片中的离子相互作用就可以改变其颜色。电致变色现象证明了植物体也有变成电路和电子元件的潜力。理学院

通过成功地整合电子电路到活的植物系统，研究人员希望能够找出更多与植物功能有关的化学过程和途径，甚至研究怎样控制和操纵它们。

研究人员认为这只是植物电路的开始，并且相信这些成果可以为一个新的融合植物科学和有机电子产品的研究领域铺平道路。其潜在的应用可能包括基于光合作用的燃料电池、传感器和生长调节剂，或控制植物内部过程的工具。五、发展前景“导电植物”或许能够帮助我们对活体植物进行检测，它可能也会成为基因、化学物质之外调控植物生长的一种新方式。研究者们也在与生物学家合作进行后续研究。理学院“据我们所知，到目前为止还没有发表关于在植物中创建电路的研究成果，以前从没有人做到了这一点。现在我们可以真正开始谈论‘电厂’，我们可以把传感器放在植物里，利用叶绿素中的能量，制造绿色天线，或生产新的材料。一切都很自然，而且