iPon Cikkek

Kiborg rózsák

Dátum | 2015. 11. 22.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A svéd Linköpingi Egyetem kutatói igazi bionikus rózsákat hoztak létre laborjukban, rugalmas, biokompatibilis áramköröket kreálva a növények belsejében. Hasonló átalakítások révén a szakértők szerint a jövő növénytermesztői minden fontos információról élőben értesülhetnek növényeikkel kapcsolatban, és még akár ezek életciklusát is szabályozhatják. Az ilyen jellegű fejlesztések továbbá segíthetnek abban is, hogy anélkül tegyünk szert energiára a fákból és a bokrokból, hogy elégetnénk ezeket, hiszen a növények eltüzelése helyett közvetlenül rácsatlakozhatnánk a fotoszintézist végző rendszerre. A szakértők régóta tudják, hogy az organikus anyagokból készült hajlékony elektronikus rendszereknek nagy jövőjük lehet a gyógyászatban. A biokompatibilis áramkörök nagy előnye, hogy ezek fizikailag sem akadályozzák a szervek működését, illetve kémiailag sem jelentenek gondot a szervezetnek, így sokat segíthetnek a diagnosztikában, a krónikus állapotok monitorozásában, illetve a betegségek kezelésében is.
Magnus Berggren, a Linköpingi Egyetem anyagkutató és villamosmérnök munkatársa is a technológia orvosi alkalmazási lehetőségein dolgozott, amikor 15 évvel ezelőtt egyik kollégája azzal kereste meg, hogy véleménye szerint lehetséges lenne-e elektronikus eszközöket bejuttatni a fák belsejébe, hogy a növénybiológusok ilyen módon „lehallgathassák” a szervezeten belül zajló biokémiai folyamatokat. És persze az is rögtön felmerült, hogy ha ezt sikerülne megvalósítani, esetleg be is lehetne avatkozni a növényi működésekbe, és szabályozni, hogy például mikor boruljon virágba az adott organizmus. Először teljesen komolytalannak és feleslegesnek tűnt az ötlet, mondja Berggren. Másfél évtizede már fontos előrelépések történtek a génmérnöki technikák alkalmazásában, és egyre több biokémiai folyamat vált genetikai úton szabályozhatóvá a növényekben. Az ugyanakkor problémát jelentett, hogy a génmódosított növények termesztésére és árusítására Svédországban sokkal nehezebb volt engedélyt szerezni, mint az Egyesült Államokban. Egy ideig úgy tűnt, hogy hiába fáradoznak a génmérnökök, ezek a növények sosem fognak kikerülni a laborok falai közül, mondja Berggren, aki így kollégáival néhány évvel ezelőtt újra elővette a kiborg növények ötletét. Az elképzelés lényege az volt, hogy a növények saját szerkezetét és biológiáját kiaknázva, az organizmuson belül állítják össze az elektronikus komponenseket, így azok majd különválaszthatatlanul részét képezik a szervezetnek. Az első lépés ennek magvalósítása felé, hogy a xilémben (farész), vagyis a víztranszportért felelős szállítószövetben polimer vezetékeket hozzanak létre. A kutatók azt remélték, hogy ha a vezető polimer alapegységeket belekeverik a vízbe, a növény majd szépen felszívja ezeket szállítócsöveibe, és ott ezek vezetékekké fognak összeállni.
Berggren és munkatársai több mint egy tucat különböző polimer anyagot próbáltak ki. A vezetékek egységeit vízbe keverték, majd ebbe mártották bele a levágott szárú, illetve gyökérrel rendelkező rózsákat. A kísérletek sorra kudarcba fulladtak: vagy az volt a probléma, hogy a polimer túl korán összeállt, és csomókba gyűlve eltömítette a xilém csöveit, vagy ha ez nem történt meg, akkor viszont később sem alkottak folytonos vezetéket a felszívott darabok. Végül mégis sikerült ráakadni az üdvözítő megoldásra. A PEDOT-S:H nevű, áramkörök nyomtatására használt anyag olyan molekuláris egységek rövid láncából tevődik össze, amelyben minden láncszem egy piciny karban végződik. Ezt a kart egy kéntartalmú csoport alkotja, amelyhez alapállapotban egy hidrogén kapcsolódik. A vízbe kevert anyagot a vágott virágok gyorsabban, a gyökeres rózsák lassabban szívták fel, mondja Berggren. Amint a molekula eljutott a xilémbe, a csövekben zajló kémiai folyamatok eredményeként a hidrogén lekerült a rövid karokról, aminek hatására a szomszédos molekulák a kénes csoportoknál fogva összekapcsolódtak.
A felszívott egységekből rövidesen néhány centiméteres vezetékek alakultak ki (a rekord 10 centiméter volt). Amikor a szakértők elektródákat helyeztek a létrejött vezetékek két végéhez, kiderült, hogy ezekben valóban lehetséges töltésáramlást létrehozni, vagyis lehetséges a „drótokat” elektromos vezetékként használni. Kapcsolók hozzáadásával egyszerű digitális áramköröket is kreáltak a polimer drótokból, amelyek hasonlóan teljesítettek, mint a hagyományosabb módon, nyomtatással létrehozott PEDOT-áramkörök, állítja Berggren. Egy másik kísérlet során a kutatók a PEDOT-oldatot cellulóz nanoszálakkal keverték össze, majd ebbe áztattak be néhány rózsalevelet. Miután vákuum alkalmazásával kipumpálták a gázokat a növényi szövetekből, amely ennek hatásra magába szívta a folyadékot. Amikor aztán feszültség alá helyezték a leveleket, azok annak mértékétől függően kékesebb vagy zöldesebb árnyalatot vettek fel. A felületet pixelekre bontva, és ezeket külön feszültség alá helyezve a kutatók végül élő kijelzőkké változtatták a bionikus leveleket.
Bár mindez kétségkívül nagyon érdekes és látványos, az anyagkutatók és a biológusok többsége nem biztos abban, hogy Berggren kreatív ötleteivel a gyakorlatban mihez lehetne kezdeni. Ami persze nem jelenti azt, hogy ne lehetne valamilyen módon hasznosítani a kiborg növényeket. Christopher Bettinger, a Carnegie Mellon Egyetem ehető és biológiailag lebomló elektronikus rendszerekkel kísérletező kutatója például úgy véli, hogy a svéd eredmények jópofaságuk mellett nagyon gondolat ébresztőek is. A bionikus növények ötlete nem számít teljes újdonságnak, hiszen korábban is történtek kísérletek a növények ilyen módon történő átalakítására. A tavalyi évben például Michael Strano, az MIT vegyészmérnöke demonstrálta, hogy a spenót kloroplasztiszai képesek szén nanocsöveket magukba integrálni, és ilyen módon fokozható a fotoszintézis mértéke, mivel a nanocsövek olyan hullámhosszakat is elnyelnek a napfényből, amelyek hasznosítására a növény önmagában nem lenne képes. Berggren úgy véli, hogy a növényekben kiépített áramköröknek sok hasznuk lehet a következő években. A legkézenfekvőbb alkalmazási terület a növényi szervezetek monitorozása lehet beépített szenzorok révén. Ezek például pontosan jelezhetik a termesztőknek, hogy mikor árasztják el az organizmust azok a hormonok, amelyek a virágzási folyamat beindításáért felelnek, így az emberi gondozók hatékonyabban hozzáigazíthatják az öntözési időket és a tápoldatok adagolását a növény életritmusához.
Idővel aztán az is lehetségessé válhat, hogy az áramkörök révén gyorsítani, vagy késleltetni lehessen a különböző folyamatokat, így a virágzást például egy kicsit el lehet halasztani, ha különösen hideg idővel indul a tavasz, vagy fel is lehet gyorsítani a fejlődési folyamatot, ha gyorsan van szükség a termésre. Egy napon pedig, mondja Berggren, talán az is lehetségessé válhat, hogy közvetlenül a növényekből jussunk energiához, megcsapolva a fotoszintézis folyamatát. A dologgal persze lehetnek problémák. Strano szerint például erősen kérdéses, hogy hosszú távon milyen hatással lesz az élő növényre, ha polimer vezetékekkel töltik fel annak vízszállító szöveteit, és gázcserét végző leveleit. Berggren erre azt mondja, hogy bár a kísérletek nagy részét valóban vágott leveleken és szárakon végezték, néhány élő növény leveleinek színét is megváltoztatták. Ezek az egyedek még most, hónapokkal a kísérletek után is életben vannak, és leveleik is megfelelően működnek.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

5. noPublicFG
2015.11.22. 13:57
Ez egy marha jó ötlet lenne. Ötven év múlva a gyep termelné az energiát a napelem helyett... Vagy mellett.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2015.11.22. 22:52
és akkor mit eszünk, ha?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. Whysper
2015.11.23. 09:41
Prison of Vexile.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. szaszaboy
2015.11.23. 13:40
Jools ismét zseniális témát szolgáltattál nekünk, köszönjük ;-)
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. F2Face ny
2015.11.25. 08:30
Nem tudom, hogy vagy vele, de én nagyon jól eléldegélek a gyep rágcsálása nélkül is.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!