211service.com
Sintētiskais koks velk ūdeni
Koks var transportēt ūdeni pārsteidzošā attālumā – no saknēm, caur stumbru, kura augstums ir līdz 85 metri, un visbeidzot līdz lapām, kur ūdens iztvaiko. Tagad Kornela universitātes zinātnieki ir izveidojuši mikrofluidisku sistēmu, lai atdarinātu šo procesu. Viņu sintētiskais koks paver jaunu veidu, kā pārvietot šķidrumus lielos attālumos, neizmantojot mehāniskos sūkņus.
Sazarošanās : Mikroskopiski kanāli, kas iegravēti plānā hidrogēla loksnē, atdarina kapilārus koka sakņu un lapu sistēmā. Cits kanāls attēlo koka stumbru.
Ābrahams Strūks , Kornela ķīmijas un bioloģiskās inženierijas docents un maģistrantūras students Tobiass Vīlers izveidoja sintētisko koku no plānas hidrogēla loksnes, kas ir materiāls, ko biežāk izmanto kontaktlēcu izgatavošanai. Viņi hidrogēlā iegravēja divus paralēlu kanālu tīklus, lai attēlotu kapilārus koka sakņu sistēmā, kā arī tā lapās esošos. Viņi savienoja abus tīklus ar vienu kanālu, kas attēlo koka stumbru.
Īstā kokā iztvaikošana no lapām ir tas, kas izvelk ūdeni caur augu — process, kas pazīstams kā transpirācija. Šī iztvaikošana notiek tāpēc, ka augiem ir jāuzņem oglekļa dioksīds, lai veiktu fotosintēzi. Kad viņi atver savas šūnas visai šai CO2 difūzijai, ūdens izkliedējas daudz ātrāk, saka N. Mišela Holbruka , Hārvardas universitātes bioloģijas un mežsaimniecības profesors. Viss šis ūdens, kas plūst kokā, ir tāpēc, ka tas mēģina iegūt CO2. Deviņdesmit deviņi procenti no šī ūdens plūst tieši caur koku.
Strūks un Vīlers atklāja, ka viņu sistēma precīzi atdarina šo transpirācijas procesu, izvelkot ūdeni ar spēku, kas vairākas reizes pārsniedz to, kas atrodas īstā kokā. Pētnieku atklājumi pagājušajā nedēļā parādījās žurnālā Daba .
Turklāt, tā kā ūdens kokā ir zem negatīva spiediena, it kā tas tiktu iesūkts caur salmiem, ūdens ir metastabilā stāvoklī, kas nozīmē, ka tas atrodas starp šķidrumu un tvaiku. Tātad sintētiskais koks varētu kalpot arī kā paraugsistēma šķidrumu izpētei šajā stāvoklī. Metastable šķidrumi, lai gan tie ir svarīgi zinātnes fundamentālos jautājumos, mēdz būt ziņkārības pretstatā galvenajām tehnoloģisko pielietojumu sastāvdaļām, saka Pablo Debenedetti, Prinstonas universitātes ķīmijas inženierijas profesors. Ja šķidrums ir zem negatīva spiediena, tam ir tendence vārīties un kļūt par tvaiku, lai mazinātu negatīvo spiedienu. Bet kokiem metastabilā stāvoklī ūdens ir izdevies tikt galā ļoti efektīvi, tāpēc šis darbs ir tik jauks.
Hidrogēla izvēle materiālam bija galvenais, lai sistēma darbotos, saka Strūks. Viņa komanda zināja, ka poraina cieta viela augos rada kapilāru darbību, lai izvilktu ūdeni caur kanāliem, un ka mazāks poru izmērs rada lielāku negatīvo spiedienu. Turklāt komanda zināja, ka poru izmērs nedrīkst būt lielāks par 10 nanometriem, pretējā gadījumā šīs poras nespēs noturēt šķidrumu, un viss augs caur šīm porām izžūs, saka Strūks. Svarīga gela īpašība ir tā, ka tā ir poraina cieta viela, bet cietās fāzes un šķidrās fāzes maisījums molekulārajā mērogā ir zemāks. Tas ir kā iegūt subnanometra mēroga poras.
Strooks paredz, ka sintētisko koku sistēmu varētu izmantot, lai pasīvi pārvietotu šķidrumus, neizmantojot mehāniskus sūkņus. Siltuma pārneses lietojumprogrammās tas var atdzesēt mazas ierīces, piemēram, klēpjdatorus, vai lielākas ierīces, piemēram, transportlīdzekļus vai pat ēkas. Tā varētu būt arī daļa no augsnes attīrīšanas sistēmas, saka Strūks. Tā vietā, lai augsne būtu jāpārpludina ar ūdeni, lai izskalotu piesārņotājus, sintētiskais koks varētu izvilkt piesārņoto ūdeni.
Šis papīrs ir vairāk principa pierādījums, taču, gudri izvēloties materiālus un mikroapstrādi, tas parāda, ka varat stabili un reproducējami apstrādāt šķidrumus zem sasprindzinājuma, saka Debenedeti.