23:58 2022-05-25
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Către cherestea personalizabilă, cultivată într-un laborator
_ Spre cherestea personalizabilă, cultivată în un laborator
În fiecare an, lumea pierde aproximativ 10 milioane de hectare de pădure — o zonă cam de mărimea Islandei — din cauza defrișărilor. În acest ritm, unii oameni de știință prevăd că pădurile lumii ar putea dispărea în 100 până la 200 de ani.
În efortul de a oferi o alternativă ecologică și cu deșeuri reduse, cercetătorii de la MIT au lansat o tehnică reglabilă pentru a genera lemn. -cum ar fi materialul vegetal dintr-un laborator, care ar putea permite cuiva să „crească” un produs din lemn ca o masă, fără a fi nevoie să taie copaci, să prelucreze cherestea, etc.
Acești cercetători au demonstrat acum că, ajustând anumite substanțe chimice utilizate în timpul procesului de creștere, acestea pot controla cu precizie proprietățile fizice și mecanice ale materialului vegetal rezultat, cum ar fi rigiditatea și densitatea acestuia.
De asemenea, acestea arată că, folosind tehnici de bioprintare 3D, pot crește material vegetal în forme, dimensiuni și forme care nu se găsesc în natură și care nu pot fi produse cu ușurință folosind metode agricole tradiționale.
„Ideea este că puteți crește aceste materiale vegetale exact în forma de care aveți nevoie, deci nu trebuie să faceți nicio subtilitate fabricație rativă după fapt, care reduce cantitatea de energie și deșeuri. Există mult potențial de a extinde acest lucru și de a dezvolta structuri tridimensionale”, spune autorul principal Ashley Beckwith, un absolvent recent de doctorat.
Deși încă la începuturile sale, această cercetare demonstrează că laboratorul -materialele vegetale cultivate pot fi reglate pentru a avea caracteristici specifice, care ar putea permite într-o zi cercetătorilor să cultive produse din lemn cu caracteristicile exacte necesare pentru o anumită aplicație, cum ar fi rezistența ridicată pentru a susține pereții unei case sau anumite proprietăți termice pentru a încălzi mai eficient un cameră, explică autorul principal Luis Fernando Velásquez-García, un om de știință principal în MIT's Microsystems Technology Laboratories.
Alăturarea lui Beckwith și Velásquez-García în lucrare este Jeffrey Borenstein, inginer biomedical și lider de grup la Charles Stark. Laboratorul Draper. Cercetarea este publicată astăzi în Materials Today.
Plantarea celulelor
Pentru a începe procesul de creștere a materialului vegetal în laborator, cercetătorii izolează mai întâi celulele din frunzele tale. ng plante Zinnia elegans. Celulele sunt cultivate în mediu lichid timp de două zile, apoi transferate într-un mediu pe bază de gel, care conține nutrienți și doi hormoni diferiți.
Ajustarea nivelurilor de hormoni în această etapă a procesului le permite cercetătorilor să ajusteze proprietățile fizice și mecanice ale celulelor vegetale care cresc în acel bulion bogat în nutrienți.
„În corpul uman, aveți hormoni care determină cum se dezvoltă celulele tale și cum apar anumite trăsături. În același mod, prin modificarea concentrațiilor de hormoni din bulionul nutritiv, celulele plantei răspund diferit. Doar manipulând aceste cantități chimice minuscule, putem obține schimbări destul de dramatice în ceea ce privește rezultatele fizice", spune Beckwith.
Într-un în felul acesta, aceste celule vegetale în creștere se comportă aproape ca celulele stem – cercetătorii le pot da indicii pentru a le spune ce să devină, adaugă Velásquez-García.
Ei folosesc o imprimantă 3D pentru a extruda soluția de gel de cultură celulară într-un structură specifică într-o cutie Petri și lăsați-o să incubeze în întuneric timp de trei luni. Chiar și cu această perioadă de incubație, procesul cercetătorilor este cu aproximativ două ordine de mărime mai rapid decât timpul necesar unui copac pentru a ajunge la maturitate, spune Velásquez-García.
După incubare, rezultatul bazat pe celule. materialul este deshidratat, iar apoi cercetătorii îi evaluează proprietățile.
Caracteristicile asemănătoare lemnului
Ei au descoperit că nivelurile mai scăzute de hormoni au produs materiale vegetale cu celule mai rotunjite, deschise, care au o densitate mai mică, în timp ce niveluri mai mari de hormoni au condus la creșterea materialelor vegetale cu structuri celulare mai mici și mai dense. Nivelurile mai ridicate de hormoni au dat, de asemenea, material vegetal mai rigid; cercetătorii au reușit să cultive material vegetal cu un modul de stocare (rigiditate) similar cu cel al unor păduri naturale.
Un alt scop al acestei lucrări este de a studia ceea ce este cunoscut sub numele de lignificare în aceste materiale vegetale cultivate în laborator. . Lignina este un polimer care se depune în pereții celulari ai plantelor, ceea ce le face rigide și lemnoase. Ei au descoperit că nivelurile mai mari de hormoni în mediul de creștere cauzează mai multă lignificare, ceea ce ar duce la material vegetal cu mai multe proprietăți asemănătoare lemnului.
Cercetătorii au demonstrat, de asemenea, că, folosind un proces de bioimprimare 3D, materialul vegetal poate să fie cultivate într-o formă și dimensiune personalizată. Mai degrabă decât utilizarea unei matrițe, procesul implică utilizarea unui fișier personalizat de proiectare asistată de computer care este alimentat la o bioimprimantă 3D, care depune cultura de gel celular într-o formă specifică. De exemplu, au reușit să cultive material vegetal sub forma unui copac vesnic verde.
Cercetarea de acest tip este relativ nouă, spune Borenstein.
„Această lucrare demonstrează puterea că o tehnologie la interfața dintre inginerie și biologie poate aduce o provocare de mediu, valorificând progresele dezvoltate inițial pentru aplicații de îngrijire a sănătății”, adaugă el.
Cercetătorii arată, de asemenea, că culturile de celule pot supraviețui și continuă să crească luni de zile după imprimare, iar utilizarea unui gel mai gros pentru a produce structuri mai groase de material vegetal nu afectează rata de supraviețuire a celulelor cultivate în laborator.
„Susceptibil de personalizare”
"Cred că adevărata oportunitate aici este să fii optim cu ceea ce folosești și cum îl folosești. Dacă vrei să creezi un obiect care să servească la un anumit scop, există așteptări mecanice de luat în considerare. Acest proces este cu adevărat acceptabil. la personalizare", spune Velásquez-García.
Acum, că au demonstrat ajustarea eficientă a acestei tehnici, cercetătorii doresc să continue experimentele pentru a putea înțelege și controla mai bine dezvoltarea celulară. De asemenea, doresc să exploreze modul în care alți factori chimici și genetici pot direcționa creșterea celulelor.
Ei speră să evalueze modul în care metoda lor ar putea fi transferată la o nouă specie. Plantele de Zinnia nu produc lemn, dar dacă această metodă ar fi folosită pentru a face o specie de arbore importantă din punct de vedere comercial, cum ar fi pinul, procesul ar trebui adaptat la acea specie, spune Velásquez-García.
În cele din urmă, speră că această activitate poate ajuta la motivarea altor grupuri să se scufunde în acest domeniu de cercetare pentru a ajuta la reducerea defrișărilor.
„Copacii și pădurile sunt un instrument uimitor pentru a ne ajuta să gestionăm schimbările climatice, deci fiind la fel de strategici ca și putem, cu aceste resurse, va fi o necesitate societală în viitor”, adaugă Beckwith.
Această poveste este republicată prin amabilitatea MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre Cercetare, inovare și predare MIT.
Comentarii:
Adauga Comentariu