Norrköpingsforskare ledare i att leda ström i växter

Laboratoriet för organisk elektronik har varit med och förvandlat Norrköping till en universitetsstad. På 20 år har labbet blivit världsledande när det gäller att leda och lagra ström i organiska och biologiska material.
Eleni Stavrinidou bygger in elektroniska kretsar i rosor. Tanken är att lagra energi i växterna. I renrummet, som är fritt från damm, utvecklar forskarna sin organiska elektronik.

Det är strax efter lunch en vanlig torsdag på Laboratoriet för organisk elektronik. Kanske skulle man höra en knappnål falla på den grå heltäckningsmattan. Inte för att det är tomt på folk, utan för att de som jobbar i kontorslandskapet är tysta och koncentrerade vid sina datorer.
– Här sitter vi alla tillsammans, från studenter till professorer, viskar Eleni Stavrinidou och vinkar att vi ska gå och titta på utsikten över Motala ström som rinner utanför.

Stora fönster vetter ut mot ett vattenfall. Fyra blå snurrfåtöljer är placerade i rad på en avsats innanför fönstren. De inbjuder till kontemplation. En stor benjaminfikus ger rummet ett grönt skimmer.

Eleni Stavrinidou leder en av de elva forskargrupperna som håller till på laboratoriet, som i sin tur är en del av Institutionen för teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet på Campus Norrköping.
– Vi har kontorsplatser på tre våningar, sedan har vi våra labb på andra sidan vägen, säger hon och pekar bort mot entrén och gågatan utanför.

En inglasad gångbro två våningar upp förbinder kontorshuset och laborationsmiljön.
– Vi har ett renrum med kontrollerad atmosfär fri från damm, där vi utvecklar vår organiska elektronik, och våra vanliga labb, där vi gör experiment med växter, bakterier och andra organismer.

Kopplar jonpump till tobaksplanta
I växtlabbet håller postdoktorerna Iwona Bernacka-Wojcik och Miriam Huerta på att koppla in en jonpump till en tobaksplanta. Plantans blad ligger under ett mikroskop som är kopplat till en dator. Datorskärmen visar bladets yta och den tunna fiber som ska föras in i bladet.
– Vi har ingen bra förbindelse från pumpen till bladet precis nu, vi måste föra in röret långsamt och gradvis, säger Iwona Bernacka-Wojcik.

Hon förklarar hur jonpumpen kan hjälpa forskare att studera hur hormoner påverkar växter, med en mycket mer sofistikerad metod än vad som varit möjligt tidigare, och utan observerbara skadeeffekter på försöksplantorna. Metoden ger en större precision för hur hög koncentration av hormonerna som når växtens celler, och en möjlighet att applicera molekyler utan att skada bladvävnaden.
– Det vanliga är annars att man drar bort det yttersta cellagret från bladet och doppar det i hormonlösningen, på ett ganska barbariskt sätt.

Iwona Bernacka-Wojcik menar att det är viktigare än någonsin att studera hur växter fungerar.
– Om klimatförändringarna gör att växterna får problem så får vi också problem.

Gwennael Dufil

I rummet intill sitter doktoranden Gwennael Dufil. På labbänken har han en bönplanta som han använder för att utveckla levande elektroder. Han mäter flödet av joner genom materialet.
– Det är egentligen en väldigt enkel process, vi laddar rötterna med joner så att plantan blir som ett batteri, förklarar han.

Övervaka växter i jordbruk
Eleni Stavrinidou beskriver forskargruppens mål.
– Mitt team har två inriktningar. Den ena är att vi förser växter med material som ger dem elektroniska egenskaper. På så sätt blir växtens struktur en del av den elektroniska enheten, som till exempel inom Gwennaels projekt där vi lagrar energi i växten och på så sätt ger växten en ny funktion. Den andra inriktningen är att vi utvecklar elektronisk apparatur som kan känna av eller leverera in molekyler i växten. Då handlar det om att studera växterna eller kontrollera deras fysiologi. Det är det som Iwona och Miriam gör med jonpumpen.

Syftet är både att utveckla verktyg för grundläggande forskning, och hitta tillämpningar inom jord- och skogsbruket exempelvis för att övervaka och optimera växternas tillväxt på åkern och i skogen.

Prisad förebild
I våras fick Eleni Stavrinidou årets L’Oréal-Unesco For Women in Science-pris för sin forskning kring elektroniska växter.
– Så klart blev jag väldigt glad och hedrad över att få utmärkelsen. Det var ett erkännande av mitt vetenskapliga arbete, men det gav mig också tillfälle att prata om bristen på jämlikhet som kvinnor möter inom vetenskapen, säger hon.

Förutom Stiftelsen L’Oréal och Svenska Unescorådet står Sveriges unga akademi bakom det här priset som är till för att stötta kvinnor inom naturvetenskap och teknik. Priset består av 150 000 kronor och ett mentorsprogram på ett år.
– Tack vare priset kan jag vara en förebild för de andra kvinnorna som jobbar här. Om jag kan nå framgång inom vetenskapen så kan andra kvinnor också göra det.

Iwona Bernacka-Wojcik, Eleni Stavrinidou och Miriam Huerta poserar med en tobaks­planta i växt­huset på Laboratoriet för organisk elektronik.
Med hjälp av en jon­pump har de lyckats leverera molekyler elektroniskt in i model­lväxtens blad.

Töjbar elektronik mäter nervsignaler
Tillbaka på kontoret är universitetslektor Klas Tybrandt på väg mellan två möten.
Laboratoriets kontorsdel ligger i ett före detta fabrikshus i kvarteret Kåkenhus. Ventilationsrör i plåt slingrar sig kors och tvärs några meter upp mot taket.

Klas Tybrandt

Klas Tybrandt plockar fram några prototyper för elastiska material med elektroniska komponenter.
– Det här är töjbar elektronik som man kan använda för att stimulera eller mäta nervsignaler, förklarar han.

Han leder gruppen som forskar om mjuk och töjbar elektronik, och  utvecklar elektroniska material som kan fungera som implantat i kroppen.
– En nerv i kroppen är mjuk, böjlig och lite töjbar. Den påminner lite om en kokt spagetti och ligger inbäddad bland muskler och annan vävnad. Sätter du en hård metallbit i nära kontakt med nerven så kommer den att skava mot vävnaden så att du får en ärrbildning så fort du börjar röra på dig. Ärrvävnaden kapslar in det hårda materialet och i värsta fall blir det skador på den vävnad i kroppen som du försöker skapa ett gränssnitt mot. Mjukheten i vår elektronik gör att vi kan komma närmare känslig vävnad utan att skada den.

I ett vanligt kretskort i en telefon finns det koppar­ledare som i bästa fall går att böja lite. De går dock inte att töja. Till skillnad från dessa är ledarna som Klas Tybrandt utvecklar uppbyggda av nanotrådar eller nanopartiklar förpackade i ett gummimaterial. När man sträcker på materialet så kan partiklarna ändra på hur de ligger och följa med i rörelsen, och fortfarande ha elektrisk ledningsförmåga.
– Till den här har vi utvecklat nanotrådar i guld, säger Klas Tybrandt och håller upp den minsta prototypen.

Medicinska hjälpmedel
Utvecklingen av själva kompositmaterialen är kärnan i hans forskning. Sedan har han samarbeten med andra forskare och innovatörer som hittar tillämpningar på hur materialen kan komma till användning inom framför allt det medicinska området.
Det kan till exempel handla om smärtlindring, signaler för att styra proteser eller att mäta olika värden i kroppen.
– Ett projekt som jag är inblandad i handlar om att förbättra läkningen av nerver efter skada, med trådlös elektrisk stimulering.

Det finns också medicinska tillämpningar som går ut på att behandla depression eller epilepsi genom att stimulera vagusnerven som utgår från förlängda märgen.
Klas Tybrandt doktorerade på Laboratoriet för organisk elektronik åren 2007 till 2012. Efter två år som postdoktor vid ETH Zurich kom han tillbaka och byggde upp sin egen forskargrupp.

Rekryterar forskare aktivt
Som doktorandhandledare hade Klas Tybrandt professor Magnus Berggren, som för 20 år sedan grundade Laboratoriet för organisk elektronik. Industrilokalerna vid strömmen byggdes om för lärosätets räkning och Norrköping förvandlades till en universitetsstad.

Magnus Berggren

Under de 20 åren som gått har laboratoriet vuxit linjärt. Magnus Berggren har lagt mycket krut på att rekrytera forskare med stor potential att kunna utvecklas i forskningsmiljön.
– Jag har åkt runt till andra labb, träffat folk på konferenser, och ibland hållit diskussioner igång i flera år från det att kandidaterna varit doktorander tills de blivit redo att komma till oss, säger han.

Magnus Berggren jobbar mycket med laboratoriets övergripande strategi men låter ledarna för de olika projekten arbeta självständigt när de väl kommit hit.
– Jag har renodlat mitt arbete till att inte arbeta någonting med administration eller organisation av forskargrupperna, utan bara med strategin. Och så sitter jag och gnetar med manuskript, med doktoranderna, för det är ju det som ger lust och mening åt livet, säger han.

För att överleva som forskare på Laboratoriet för organisk elektronik behöver man gilla den platta organisationen, menar Magnus Berggren.
– Man måste vara självgående och man måste ha en hjälpande och samarbetsvillig attityd för att passa in här.

 

Vad gör du här?

Miriam Huerta

Miriam Huerta, biolog och postdoktor vid Laboratoriet för organisk elektronik.
– Jag studerar växters biologiska respons på stresshormonet abskisinsyra, ett hormon som växter använder för att hushålla med vatten och skydda sig mot torka.

Hur går det till?
– Vi använder ett nytt system för att leverera abskisinsyra elektroniskt in i växten med ett glasrör tunt som ett hårstrå. Röret leder hormonet från en behållare till växten genom en klyvöppning i bladet. Det sker när vi lägger en spänning över en elektrod i behållaren och en elektrod i jorden i krukan. Bladet skadas inte och det är bara hormonet som rör sig in i växten, vi får inget flöde av andra molekyler till eller ifrån bladet.

Hur hamnade du här?
– Jag jobbade med bioelektronik förut också, fast med andra biologiska modellsystem, och började följa Eleni Stavrinidous forskning. Jag kontaktade henne och frågade om jag fick komma hit, och hon sa ja. Gränssnittet mellan växter och elektronik är svårt att hitta någon annanstans. Jag kommer från Mexiko och där har vi inte den här tekniken.


Kategorier: Artiklar, Forskning, Miljö
Lärosäten: Linköpings universitet