Home Sống MỘT VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỪ THUỐC LÁ CÓ THỂ CHẮC KHỎE NHƯ GỖ HOẶC NHỰA

MỘT VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỪ THUỐC LÁ CÓ THỂ CHẮC KHỎE NHƯ GỖ HOẶC NHỰA

Các tế bào từ thực vật đã được biến thành một vật liệu tổng hợp sinh học có thể phân hủy tự nhiên sau khi hết thời gian có ích.

 

Sự phụ thuộc của nhân loại vào nhựa là một vấn đề quan trọng. Vật liệu này có nguồn gốc từ dầu mỏ và thường kết thúc vòng đời của nó ở nơi tập kết và hoặc trong lò đốt rác. Dù bằng cách nào, đây cũng là một điều không bền vững. Vậy tại sao không phát triển vật liệu tổng hợp sinh học thân thiện với môi trường hơn?

Chuyện này không đơn giản như ta tưởng. Hầu hết các loại nhựa phân hủy sinh học đều dựa vào cấu trúc ma trận có nguồn gốc từ dầu mỏ. Điều đó vì các ma trận sinh học thường thiếu độ chắc khỏe cho hầu hết các ứng dụng kỹ thuật và kết cấu.

Sau đó là đến gỗ tự nhiên, có thể được xử lý để cung cấp cho nó các đặc tính cạnh tranh với thép và gốm sứ. Nhưng quá trình sản xuất này đòi hỏi các phương pháp xử lý hóa học khắc nghiệt không thân thiện với môi trường.

Vì vậy, việc tìm cách biến các loài thực vật thông thường thành các vật liệu tổng hợp sinh học bền vững và có thể so sánh về hiệu suất cơ học với gỗ chế biến và nhựa thông thường.

Hãy quan sát Eleftheria Roumeli và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ California. Nhóm nghiên cứu này đã tìm ra cách biến các tế bào từ cây thuốc lá thành một vật liệu cực kỳ mạnh mẽ với các tính chất cơ học giống như gỗ.

Phương pháp sản xuất rất đơn giản. Nhóm nghiên cứu bắt đầu với các tế bào từ cây thân thảo Nicotiana tabacum, được nuôi cấy bằng huyền phù lỏng trong phòng thí nghiệm. Loài thực vật được trồng rộng rãi này tạo ra lá được chế biến thành thuốc lá.

Những tế bào này được nghiên cứu kỹ lưỡng và có thể được cung cấp dễ dàng cho các nhà nghiên cứu. Một số dòng tế bào, chẳng hạn như dòng BY-2, có thể nhân lên gấp 100 lần trong vòng một tuần khi được trồng trong hệ thống huyền phù. Roumeli và cộng sự không cho biết họ sử dụng loại tế bào nào, mặc dù các tế bào BY-2 có vẻ là một lựa chọn hợp lý, dựa trên các tài liệu tham khảo trong bài báo của họ.

Mỗi tế bào có một thành tế bào được củng cố bởi các vi sợi được làm từ protein và cellulose, giúp kết nối thành vách một cách hiệu quả. Thành tế bào bao quanh nhân tế bào, chứa các loại máy móc phân tử sinh học khác nhau để xử lý năng lượng, v.v. và tế bào chất, phần lớn là nước. (Các dòng tế bào BY-2 không quang hợp và do đó không chứa diệp lục).

Sau khi nuôi cấy các tế bào, nhóm nghiên cứu thu hoạch và nén chúng trong khuôn. Khuôn có tính thấm để cho phép nước thoát ra. “Trong quá trình nén, nước khuếch tán qua thành tế bào thực vật và khối lượng tế bào giảm dần”, họ nói.

Thật vậy, các tế bào mất đi 98% trọng lượng của chúng trong quá trình này. Hầu hết sự giảm trọng lượng này là do bay hơi nước, nhưng có cả những quá trình khác tham gia nữa, chẳng hạn như sự phân hủy của các phân tử sinh học phức tạp bao gồm pectin, hemiaellulose và các hợp chất của phenol.

Nhóm nghiên cứu sau đó làm nóng vật liệu đã mất nước. Điều này làm cho các vi sợi trải qua quá trình chuyển pha và hình thành các cấu trúc tinh thể. Vật liệu thu được là một chất tổng hợp sinh học, bao gồm một hỗn hợp không đồng nhất của các polymer sinh học được tổng hợp tự nhiên, theo Roumeli và cộng sự.

Và vật liệu này khá cứng rắn. Nhóm nghiên cứu đã đo các tính chất cơ học của nó và so sánh nó với các loại gỗ mềm như thông; các loại gỗ cứng như dương, sồi và gỗ óc chó; và ván ép thương mại và MDF. Họ cũng so sánh nó với nhựa tổng hợp với mật độ tương tự, chẳng hạn như polystyrene, polypropylene và polyethylene mật độ thấp.

Kết quả đã cho thấy vật liệu này tốt như thế nào. Hiệu suất cơ học của vật liệu tương đương với các loại gỗ và nhựa thương mại và vượt qua tất cả các giá trị cho các vật liệu làm từ tế bào thực vật, thể sợi (mycelium) hay các ma trận nấm men

Nhóm nghiên cứu tiếp tục làm cho vật liệu mạnh hơn bằng cách thêm sợi carbon. Thật vậy, họ có thể tinh chỉnh thêm các tính chất của vật liệu tổng hợp sinh học với các chất phụ gia khiến nó dẫn điện hoặc mang từ tính.

Một câu hỏi quan trọng về tính bền vững là làm thế nào vật liệu này phân hủy vào cuối vòng đời của nó bởi người ta sợ rằng vì quá chắc khỏe, vật liệu có thể không dễ phân hủy

Để tìm hiểu điều này, Roumeli và đồng nghiệp chôn mẫu của họ trong đất nông nghiệp cùng với một số gỗ thông thường và xem điều gì xảy ra. Cả hai mẫu ban đầu tăng trọng lượng bằng cách hấp thụ nước từ đất. Nhưng rồi cả hai đều phân hủy một cách tự nhiên.

Sự mất mát khối lượng có thể phát hiện được là do sự phân hủy sinh học của các chất tổng hợp sinh học bắt đầu 3 tuần sau khi ủ, trong khi đối với gỗ tự nhiên, nó bắt đầu khoảng 7 tuần sau đó” nhóm cho biết. “Chúng tôi quan sát thấy sự phân hủy sinh học gần như hoàn toàn của vật liệu tổng hợp sinh học 14 tuần sau khi ủ ban đầu.

 

Tài liệu tham khảo:  arxiv.org/abs/1909.01926 : Plant Cells-Based Biological Matrix Composites

Nguồn: Technology Review 

Lược dịch bởi El Niño

 

NOBEL HÓA HỌC 2019: PIN LITHIUM-ION

Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã quyết định trao giải thưởng Nobel về Hóa học năm 2019 cho John B. Goodenough, của Đại học Texas tại Austin, Hoa Kỳ, M. Stanley Whmitham, của Đại học Binghamton, Đại học Bang New York, Hoa Kỳ, và Akira Yoshino thuộc Tập đoàn Asahi Kasei, Tokyo, Nhật Bản và Đại học Meijo, Nagoya, Nhật Bản "vì sự phát triển viên pin lithium-ion".   Họ đã tạo ra “một thế giới có thể sạc được” Giải

Sự vô lý của giải Nobel Khoa học

Giải thưởng này làm biến dạng bản chất của ngành khoa học, sửa đổi lịch sử, và coi nhẹ nhiều nhân vật đóng góp quan trọng trong ngành.------------------- (bài viết ngày 3/10/2017 nhưng vẫn còn nguyên giá trị cho đến ngày nay)------------- Sáng nay, các nhà vật lý Rainer Weiss, Kip Thorne, và Barry Barish đã được nhận giải Nobel Vật lý cho các phát hiện về sóng trọng lực - các biến dạng trong cấu trúc không gian và thời gian. Bộ ba này

Những căn nguyên tiến bộ của thế kỷ XX

KHÔNG THỂ MUA LẠI ĐƯỢC Có hai công trình hấp dẫn vốn không phải là sự tổng hợp của lịch sử xã hội và công nghệ, mà thay vào đó nó lại nổi lên từ giao điểm của các nghiên cứu cải tiến công nghệ, địa văn hóa, lịch sử kinh tế và môi trường. Tác giả Vaclav Smil công tác tại Khoa Môi trường tại Đại học Manitoba đã viết đến 23 cuốn sách. Hai cuốn trong số đó đang được nhìn nhận là,

Minh Tân

03/09/2021

10 cuốn sách phù hợp nhất dành cho các Doanh nhân khởi nghiệp và Nhà phát minh kiến tạo

Các ý chính Khám phá 50 phát minh kiến tạo nên đời sống hiện đại. Nhiều lời khuyên đáng giá trong tài liệu về phát triển mô hình khởi nghiệp.  Tìm hiểu về tính liên kết giữa đổi mới và phát triển doanh nghiệp. Các doanh nghiệp đều kinh qua những thăng trầm. Một phát minh tình cờ làm thay đổi toàn bộ ngành công nghiệp, có khi là toàn bộ thế giới. Trải qua nhiều thử thách và gian nan, những người tiên phong

NOBEL VẬT LÝ 2019: VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VŨ TRỤ VÀ MỘT NGOẠI HÀNH TINH MỚI

Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã quyết định trao giải thưởng Nobel Vật lý 2019 “cho những đóng góp vào hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của vũ trụ và vị trí của Trái Đất trong vũ trụ” với một nửa cho James Peebles của Đại học Princeton, Hoa Kỳ, “cho những khám phá về lý thuyết trong lĩnh vực vũ trụ học vật lý" và nửa còn lại chia đôi cho Michel Mayor của Đại học Geneva,