دانشمندان درختان الکترونيکي را توسعه مي‌دهند.
محققان دانشگاه لينشوپينگ (Linkoping University) در کشور سوئد موفق به ساخت مدارهاي ديجيتال و آنالوگي شده‌اند که درون گياهان زنده قرار مي‌گيرند. اين گروه از دانشمندان در لابراتوار الکترونيک آلي تحت سرپرستي پروفسور مگنوس برگرن (Magnus Berggren) ، از سيستم آوندي گل‌هاي رز زنده استفاده کرده و عناصر کليدي مدارهاي الکترونيکي را ساخته‌اند. مواد الکترونيک آلي معمولاً مولکول‌ها و پليمرهايي هستند که رساناي الکترونيکي هستند، يعني الکترون‌ها و حفره‌ها به آساني در آن‌ها جابه‌جا مي‌شوند. اين مواد همچنين براي يون‌ها، يعني کاتيون‌ها و آنيون‌ها نيز رسانا هستند.
مقاله‌اي در اين زمينه در ژورنال پيشرفت‌هاي علمي(journal Science Advances) منتشر شده که نشان مي‌دهد سيم‌ها، منطق ديجيتالي و حتي عنصرها در گياهان ساخته مي‌شوند. اين موضوع مي‌تواند کاربردهاي تازه‌اي براي الکترونيک آلي و استفاده از ابزارها در علوم گياهي را توسعه دهد. گياهان ارگانيسم‌هاي پيچيده‌اي هستند که با اتکا بر حمل سيگنال‌هاي يوني و هورمون‌ها عملکردهاي ضروري خود را به انجام مي‌رسانند. گياهان اين اعمال را به کندي و در مقياس زماني طولاني انجام مي‌دهند. به همين دليل تعامل با گياهان و بررسي آن‌ها دشوار و نيازمند زمان است.
تقويت کردن گياهان با استفاده از عملگرهاي الکترونيکي، به وسيله‌ي ترکيب سيگنال‌هاي الکتريکي با فرآيندهاي شيميايي خود گياه قابل اجرا است. کنترل عملکردهاي گياهان و ارتباط با فرآيندهاي شيميايي گياه مي‌تواند راه محققان را براي ساخت سلول‌هاي مبتني بر فتوسنتز سوخت، حسگرها، تنظيم‌کننده‌هاي رشد و ابزارهايي که کنش‌هاي داخلي گياه را شبيه‌سازي مي‌کنند باز کنند.
نيلسون (Ove Nilsson) ، استاد زيست‌شناسي و توليد مثل گياهي و مدير مرکز علوم گياهي اومئو و همچنين يکي از نويسندگان مقاله‌ي مذکور مي‌گويد: «در گذشته ما ابزارهاي لازم را براي اندازه گيري غلظت مولکولهاي مختلف در گياهان زنده نداشتيم. اما امروز قادر هستيم حتي در غلظت اين مولکول‌ها تغيير‌هايي را اعمال کنيم تا روند رشد گياه را متأثر از اين تغييرها کنيم. من در اين زمان فرصت‌هاي بسياري را براي پژوهش و يادگيري پيش روي محققان مي‌بينم.»
ايده‌ي اوليه‌ي قرار دادن ابزارهاي الکترونيکي به طور مستقيم در درختان براي استفاده در صنعت کاغذ، در دهه‌ي ۱۹۹۰ مطرح شد. در آن زمان محققان لابراتوار الکترونيک آلي دانشگاه لينشوپينگ در حال تحقيق بر روي الکترونيک چاپ شده بر روي کاغذ بودند. اولين تلاش‌ها براي ساخت قطعه‌هاي الکترونيکي که بتوانند در داخل درختان قرار بگيرند توسط استاديار دانيل سيمون (Assistant Professor Daniel Simon) ،سرپرست گروه الکترونيک زيستي لابراتوار الکترونيک آلي و پروفسور خاوير کريسپين ، سرپرست گروه ابزارهاي حالت جامد در همان لابراتوار انجام شد. اما عدم تأمين مالي و کمبود بودجه از طرف سرمايه‌گذاران موجب توقف اين پروژه‌ها شد.
پروفسور برگرن در سال 2012 به لطف سرمايه گذاري شخصي بنياد پژوهش‌هاي مستقل کنات و آليس والنبرگ (Knut and Alice Wallenberg Foundation) توانست گروهي از محققان را گرد هم آورده و پروژه را مجدداً راه اندازي کند. اين گروه تلاش زيادي کرد تا پليمرهاي رسانايي بسازد که مي‌توانند در ساقه‌ي گل رز حرکت کنند. تنها يک پليمر توانست در آوندهاي گل رز حرکت کند بدون اينکه مانعي براي حرکت آب و مواد غذايي درون گياه باشد. اين پليمر که PEDOT-S نام دارد، توسط دکتر راجر گابريلسون ( Dr. Roger Gabrielsson) ساخته شد. سپس دکتر الني استاورينيدو (Dr. Eleni Stavrinidou) از اين مولکول براي ساخت سيم‌هاي بلند ده متري استفاده کرد و آن‌ها را در سراسر آوندهاي گل رز کشيد. او توانست با ترکيب اين سيم و الکتروليتي که در همه جاي آوندها وجود دارد، ترانزيستوري بسازد.، يک ترانزيستور که سيگنال‌هاي‌يوني را به خروجي‌هاي الکترونيکي تبديل مي‌کند. او همچنين با استفاده از ترانزيستور آوندي توانست تابع ورودي منطقي ديجيتال را تعريف کند. گل رز براي مدت ۲۴ الي ۴۸ ساعت در محلول پليمر مذکور قرار داشت.
دکتر اليوت گومز (Dr. Eliot Gomez) از روش‌هاي معمول در زيست‌شناسي گياهي استفاده مي‌کرد.يکي از اين روش‌ها نفوذ در خلأ نام داشت که موجب سوق داده شدن PEDOT به برگ‌ها ميشد. پليمر تزريق شده به برگ‌ها، مانند سلول الکتروشيميايي عمل کرده و وارد رگبرگ‌ها مي‌شود. ولتاژ اعمال شده، موجب ايجاد برهم کنش ميان يون‌هاي گياه و پليمرها مي‌شود. مقدار عددي ولتاژ اعمالي نيم ولت است. اين برهم کنش تغيير رنگ پليمرها را به دنبال دارد. در نهايت پليمرها به وسيله‌ي جسمي شبيه نمايشگر، آشکارسازي مي‌شوند.
PEDOT پليمري است که از سديم پلي استايرن سولفونات تشکيل شده است و از خانواده‌ي پلي استايرن هاي سولفوناته است. بخشي که شامل گروه هاي سولفونيل مي‌شود، بارمنفي دارد. بخش ديگر اين مولکول درشت که پلي‌تيوفن ناميده مي‌شود بار مثبت با خود حمل مي‌کند. اين دو بار با يکديگر يک مولکول نمکي را مي‌سازند. اين ماده اغلب به عنوان پليمر رسانا با انعطاف‌پذيري بالا و رنگ شفاف در حوزه‌هاي مختلف استفاده مي‌شود. افزودن PEDOT به محلول‌هاي آلي، رسانايي الکتريکي اين محلول‌ها را افزايش مي‌دهد.
اين نتايج گام‌هاي اوليه‌ي ادغام علم الکترونيک با دنياي مواد آلي و گياهان هستند. هدف اين پژوهش‌ها توسعه‌ي کاربردهاي انرژي، ايجاد سازگاري با محيط زيست و کشف راه‌هاي جديد براي برهم کنش با گياهان است. استاد برگرن يک زمينه‌ي کاملاً بکر و تازه را براي پژوهش پيش بيني مي‌کند: او مي‌گويد: «تا جايي که ما مي‌دانيم، پيش از اين هرگز نتايج تحقيقاتي مبني بر توليدهاي الکترونيکي در گياه در جايي منتشر نشده است. اين حوزه‌ي ميان‌رشته‌اي کاملاً ابداعي و جديد است» پروفسور برگرن اضافه مي‌کند: «ديگر ما مي‌توانيم از نيروگاه‌هاي گياهي سخن بگوييم. ما مي‌توانيم حسگرهايي را درون گياه جانشاني کنيم و از انرژي موجود در کلروفيل بهره‌برداري کنيم. مي‌توانيم آنتن‌هاي سبز و مواد جديد توليد کنيم. همه چيز به طور طبيعي رخ مي‌دهد و ما از گياهان به شکلي پيشرفته و منحصربه فرد بهره برداري مي‌کنيم.»
رشد و عملکرد گياهان تأثير بسيار زيادي از محيط پيراموني و شرايط فيزيکي و شيميايي مي‌پذيرد. دستکاري گياهان با استفاده از علوم ژنتيک مولکولي مي‌تواند بازدهي آن‌ها را بالا برده و فرصت‌هاي تازه‌اي در زمينه‌هاي فناوري و کشاورزي در اختيار جامعه‌ي جهاني قرار دهد. دانشمندان اميدوارند با استفاده از روش اعمال نفوذ مداري در آوندهاي گياه مسيرهاي تازه‌اي براي فوتوسنتز و ساير فرآيندهاي پيچيده‌ي بيوشيميايي بيابند.
منبع:
Phys.org
POEDOT: PSS (WIKI)
منابع مفید:
گیاهان
نمو گیاهان دانه دار
ساختمان گیاه
طبقه بندی هورمون های گیاهی
واکنش های نور فوتوسننز
گیاهشناسی
Chemical Circuit
Chemistry World Mag.
Linkoping University
Electronic Plants