Genom att vattna bönfrön med en lösning som innehåller oligomerer har forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik, Umeå Plant Science center och Wallenberg Wood Science center vid Linköpings universitet visat att bönplantans rötter blir elektrisk ledande och att de även kan lagra energi.
Startade med rosor
Eleni Stavrinidou, universitetslektor och forskningsledare för området elektroniska växter vid Laboratoriet för organisk elektronik, visade redan 2015 att elektroniska kretsar kan tillverkas inne i rosors kärlsystem. Den ledande polymeren PEDOT sugs in rosens kärlsystem och formar elektriska ledare som enligt LiU bland annat kan användas för att bygga transistorer. I ett senare arbete, publicerat 2017, visade hon att en oligomer, ETE-S, polymeriseras i växten och formar elektriska ledare som kan lagra energi.
En polymer består av många olika molekyler, en oligomer består av mellan två och fem molekyler. I detta fall har forskarna använt, ETE-S, en trimer (en molekyl som består av monomerer), som polymeriseras i växtens eget kärlsystem i en naturlig process. En ledande hinna av polymeren bildas på växtens rötter som gör att hela rotsystemet fungerar som ett nätverk av lätt tillgängliga ledare.
Växande plantor
– Tidigare har vi arbetat med snittblommor som kan ta upp och organisera ledande polymerer och oligomerer. Nackdelen är att snittblommor bara överlever några få dagar och de slutar också växa. I den nya studien använder vi intakta plantor från vanliga bönor som växt upp från frön. Vi kan visa att bönplantans rötter blir elektriskt ledande när den vattnas med en lösning som innehåller en oligomer, säger Eleni Stavrinidou.
Bönplantan fortsatte att vara elektriskt ledande i minst fyra veckor med en ledningsförmåga i de utvuxna rötterna på cirka 10 S/cm (Siemens per centimeter).
Lagrar energi
Forskarna undersökte möjligheten att använda rötterna för energilagring och byggde upp en rotbaserad superkondensator där rötterna fick fungera som elektroder vid upp- och urladdning.
– Superkapacitanser baserade på ledande polymerer och cellulosa är ett miljövänligt alternativ för energilagring som är både billigt och skalbart, säger Eleni Stavrinidou.
Rot-superkapacitensen fungerade väl och kunde lagra 100 gånger mer energi än tidigare försök med superkapacitanser i växternas stam. Metoden är också användbart över tid eftersom bönplantorna i forskarnas experiment lever vidare och frodas.
– Plantan får ett mer vittförgrenat rotsystem, men påverkas inte på annat vis utan utvecklas vidare och ger bönor, säger Eleni Stavrinidou.
Brett samarbete
Forskargruppen består av forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik, Umeå Plant Science center, Wallenberg Wood Science center vid Linköpings universitet samt forskare från universitet och institut i Frankrike, Grekland och Spanien.
Forskningen finansieras bland annat viaEU:s Horisontprogram FET-OPEN-HyPhOE, Vetenskapsrådet, Wallenberg Wood Science center och den strategiska satsningen på Avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.
Artikeln: Biohybrid plants with electronic roots via in-vivo polymerization of conjugated oligomers
Daniela Parker, Yohann Daguerre, Gwennael Dufil, Daniele Mantione, Eduardo Solano, Eric Cloutet, Georges Hadziioannou, Torgny Näsholm, Magnus Berggren, Eleni Pavlopoulou, Eleni Stavrinidou, Materials Horizons 2021, DOI 10.1039/D1MH01423D
