De får växtens rötter att lagra energi

Resultatet, som publicerats i den vetenskapliga tidskriften Materials Horizons, har stor betydelse inte bara för utvecklingen av hållbar energilagring utan även för utvecklingen av nya biohybridsystem, exempelvis funktionella material och kompositer. De elektroniska rötterna bidrar också starkt till utvecklingen av sömlösa kommunikationsvägar mellan elektroniska och biologiska system.

Start 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 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, i dagligt tal plast, består av många olika molekyler, en oligomer består av mellan två och fem molekyler. I detta fall har forskarna använt, ETE-S, en trimer, 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 Bönplantan med elektroniska rötter (de mörka). Foto Thor Balkhedslutar 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, intygar 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 via EU:s Horisont-program 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

Närbild på de ledande rötterna. Foto Thor Balkhed