Laboratuvar'da Ahşap Üretilecek!

Son yıllarda küresel ısınmanın artmasıyla Orman Yangınları tüm Dünya'nın karşı karşıya kaldığı en büyük tehdit. Peki üretim endüstirisi bu sıkıntıyla nasıl başa çıkacak. İşte yeni bir yöntem. Ormancılığa çevre dostu ve düşük atıklı bir alternatif sağlamayı amaçlayan Massachusetts Institute of Technology'deki (MIT) araştırmacılar, bir laboratuarda ahşap benzeri bitki materyali üretmek için ayarlanabilir tekniğe öncülük ettiler. Araştırmacılar, işlemin bir üreticinin ağaçları kesmeye veya kereste işlemeye gerek kalmadan masa gibi ahşap bir ürünü "yetiştirmesine" olanak sağlayabileceğini söyledi.

 

Zinnia elegans bitkisinin yapraklarından alınan hücreler, hem besin hem de hormonlarla zenginleştirilmiş jel bazlı bir ortama konuldu. Böylece yeni bitki hücreleri ortaya çıktı. Üç boyutlu biyobaskı teknolojisiyle laboratuvarda üretilen bitki materyali üç ay boyunca karanlıkta bırakıldı. Ortaya çıkan ahşabın hem sağlam kaldığı hem de normal bir ağaçtan iki kat daha hızlı büyüdüğü görüldü. Bu sayede ahşap ürünler tek bir ağaç kesilmeden yapılabilecek. 

Araştırmacılar, büyüme süreci sırasında belirli kimyasalları ayarlayarak, ortaya çıkan malzemenin sertlik ve yoğunluk gibi fiziksel ve mekanik özelliklerini tam olarak kontrol edebileceklerini söylediler.

3D bioprinting tekniklerini kullanarak, doğada bulunmayan ve geleneksel tarım yöntemleriyle kolaylıkla üretilemeyen şekil, boyut ve formlarda bitki materyali de yetiştirebilirler.

Ashley Beckwith, "Fikir şu ki, bu bitki materyallerini tam olarak ihtiyacınız olan şekilde yetiştirebilirsiniz, bu nedenle olaydan sonra herhangi bir eksiltici üretim yapmanıza gerek kalmaz, bu da enerji ve atık miktarını azaltır. Bunu genişletmek ve üç boyutlu yapıları büyütmek için çok fazla potansiyel var." dedi. 

MIT'nin Microsystems Teknoloji Laboratuvarlarından kıdemli yazar Luis Fernando Velásquez-García, laboratuvarda yetiştirilen malzemeler için istenen özelliklerin, ev yapımı için yüksek mukavemeti veya iç mekanların verimli ısıtılması için belirli termal özellikleri içerebileceğini söyledi.

Süreci başlatmak için, araştırmacılar önce genç Zinnia elegans bitkilerinin yapraklarından hücreler izole ettiler. Hücreler iki gün boyunca sıvı ortamda kültürlendi, ardından besinler ve iki farklı hormon içeren jel bazlı bir ortama aktarıldı.

Hormon seviyelerinin bu aşamada ayarlanması, araştırmacıların büyüyen bitki hücrelerinin fiziksel ve mekanik özelliklerini ayarlamasını sağladı.

Beckwith,"İnsan vücudunda, hücrelerinizin nasıl geliştiğini ve belirli özelliklerin nasıl ortaya çıktığını belirleyen hormonlarınız var.  Aynı şekilde, besin suyundaki hormon konsantrasyonlarını değiştirerek bitki hücreleri farklı tepki verir. Sadece bu küçük kimyasal miktarları manipüle ederek, fiziksel sonuçlar açısından oldukça dramatik değişiklikler ortaya çıkarabiliriz” dedi.

Ekip, hücre kültürü jel solüsyonunu bir petri kabındaki belirli bir yapıya çıkarmak için bir 3D yazıcı kullandı ve karanlıkta üç ay boyunca inkübe etmesine izin verdi. İnkübasyonun ardından elde edilen materyal kurutuldu ve değerlendirildi.

Velásquez-García, kuluçka döneminde bile, sürecin bir ağacın olgunlaşması için geçen süreden yaklaşık iki kat daha hızlı olduğunu söyledi.

Araştırmacılar, bir 3D biyobaskı işlemi kullanarak, bitki materyalinin özel şekil ve boyutlarda yetiştirilebileceğini de gösterdi. İşlem, biyoyazıcıya beslenen ve hücre jel kültürünü, yaprak dökmeyen bir ağacın küçük bir modeli gibi belirli şekillere bırakan bir CAD dosyası kullanıldı. 

Araştırmacılar, hücre kültürlerinin baskıdan sonra aylarca hayatta kalabileceğini ve büyümeye devam edebileceğini ve daha kalın bir jel kullanmanın laboratuarda yetiştirilen hücrelerin hayatta kalma oranını etkilemediğini söyledi.

Velásquez-García, "Bence buradaki gerçek fırsat, kullandığınız şey ve onu nasıl kullandığınız konusunda optimal olmak" dedi. "Bir amaca hizmet edecek bir nesne yaratmak istiyorsanız, dikkate alınması gereken mekanik beklentiler var. Bu süreç gerçekten özelleştirmeye uygun.”

Ekip, hücresel gelişimi daha iyi anlamak ve kontrol etmek için deneyler yapmaya devam edecek. Ayrıca, yöntemin diğer bitki türlerine aktarılıp aktarılamayacağını değerlendirmeyi umuyorlar.

Araştırma, Materials Today'de yayınlandı.