Sintetinis medis traukia vandenį

Medis gali nešti vandenį nuostabiu atstumu – nuo ​​savo šaknų, per iki 85 metrų aukščio kamieną ir galiausiai iki lapų, kur vanduo išgaruoja. Dabar Kornelio universiteto mokslininkai sukūrė mikrofluidinę sistemą, kuri imituoja šį procesą. Jų sintetinis medis atveria naują būdą perkelti skysčius dideliais atstumais nenaudojant mechaninių siurblių.

Išsišakoja : Mikroskopiniai kanalai, išgraviruoti į ploną hidrogelio lakštą, imituoja kapiliarus medžio šaknų ir lapų sistemoje. Kitas kanalas vaizduoja medžio kamieną.

Abraomas Strookas , Kornelio chemijos ir biologijos inžinerijos docentas ir magistrantas Tobias Wheeleris sukūrė sintetinį medį iš plono hidrogelio lakšto – medžiagos, dažniausiai naudojamos kontaktiniams lęšiams gaminti. Jie išgraviravo du lygiagrečių kanalų tinklus į hidrogelį, kad pavaizduotų kapiliarus medžio šaknų sistemoje ir jo lapuose. Jie sujungė du tinklus vienu kanalu, vaizduojančiu medžio kamieną.

Tikrame medyje išgaravimas iš lapų yra tai, kas ištraukia vandenį per augalą – procesas žinomas kaip transpiracija. Šis išgaravimas vyksta todėl, kad augalai turi paimti anglies dioksidą, kad galėtų atlikti fotosintezę. Kai jie atveria savo ląsteles visai šiai CO2 difuzijai, vanduo išsisklaido daug greičiau, sako N. Michele Holbrook , Harvardo universiteto biologijos ir miškininkystės profesorius. Visas šis vanduo, kuris teka į medį, yra todėl, kad jis bando gauti CO2. Devyniasdešimt devyni procentai to vandens teka tiesiai per medį.

Stroockas ir Wheeleris išsiaiškino, kad jų sistema tiksliai imituoja šį transpiracijos procesą, ištraukdama vandenį kelis kartus stipriau nei tikro medžio viduje. Mokslininkų išvados praėjusią savaitę pasirodė žurnale Gamta .

Be to, kadangi medyje esantis vanduo yra neigiamo slėgio – tarsi jis būtų siurbiamas per šiaudą – vanduo yra metastabilios būsenos, ty jis yra tarp skysčio ir garų. Taigi sintetinis medis taip pat galėtų būti pavyzdinė sistema tiriant šios būsenos skysčius. Metastablūs skysčiai, nors ir svarbūs sprendžiant pagrindinius mokslo klausimus, dažniausiai yra įdomūs, o ne pagrindiniai technologinio pritaikymo komponentai, sako Pablo Debenedetti, Prinstono universiteto chemijos inžinerijos profesorius. Jei skystis yra neigiamo slėgio, jis linkęs virti ir tapti garais, kad sumažintų neigiamą slėgį. Tačiau medžiai sugebėjo labai efektyviai valdyti vandenį metastabilioje būsenoje, todėl šis darbas yra toks malonus.

Norint, kad sistema veiktų, labai svarbu pasirinkti hidrogelį, sako Stroock. Jo komanda žinojo, kad porėta kieta medžiaga augaluose sukelia kapiliarinį poveikį, kad vanduo ištrauktų kanalus, ir kad mažesnis porų dydis virsta didesniu neigiamu slėgiu. Be to, komanda žinojo, kad porų dydis negali būti didesnis nei 10 nanometrų, kitaip tos poros nesulaikys skysčio ir visas augalas išdžius per šias poras, sako Stroockas. Svarbi gelio charakteristika yra ta, kad jis yra porėtas kietas, tačiau kietosios ir skystosios fazės mišinys yra mažesnis pagal molekulinę skalę. Tai tarsi subnanometro skalės poros.

Stroockas numato, kad sintetinė medžio sistema galėtų būti naudojama pasyviai skysčiams perkelti, nereikalaujant mechaninių siurblių. Šilumos perdavimo programose jis gali vėsinti mažus įrenginius, pvz., nešiojamuosius kompiuterius, arba didesnius įrenginius, pvz., transporto priemones ar net pastatus. Tai taip pat gali būti dirvožemio valymo sistemos dalis, sako Stroock. Užuot reikėję užtvindyti dirvožemį vandeniu, kad išplautų teršalus, sintetinis medis gali ištraukti užterštą vandenį.

Šis popierius yra labiau principo įrodymas, tačiau sumaniai parinkus medžiagas ir mikroapdirbant, jis parodo, kad įtemptus skysčius galite tvarkyti stabiliai ir atkuriamai, sako Debenedetti.

paslėpti