Alam Membuat Kayu. Bisakah Lab Membuatnya Lebih Baik?


Untuk semua cara manusia bermain-main dengan alam, cara kita menanam dan mengekstrak bahan dari hutan dan ladang tetap tidak berubah secara fundamental. Untuk mendapatkan kayu, misalnya, kita menanam pohon, membiarkannya tumbuh, dan menebangnya. Kayu dan bahan nabati lainnya mungkin merupakan sumber daya yang dapat diperbarui, tetapi mendapatkan bentuk yang dapat digunakan biasanya membutuhkan banyak transportasi, penggilingan, dan pemrosesan.

Sekarang, sekelompok peneliti MIT berharap untuk secara drastis memangkas ketidakefisienan ini. Para peneliti menumbuhkan jaringan tanaman seperti kayu di laboratorium, yang, jika ditingkatkan, mungkin suatu hari nanti dapat mengarah pada pengembangan kayu yang ditanam di laboratorium, serat, dan biomaterial lainnya yang bertujuan untuk mengurangi jejak lingkungan kehutanan dan pertanian. Pekerjaan mereka dijelaskan baru-baru ini Jurnal Produksi Bersih kertas.

“Harapannya, jika ini menjadi proses yang berkembang untuk memproduksi bahan tanaman, beberapa di antaranya bisa meringankan [the] tekanan di lahan pertanian kita. Dan dengan tekanan yang berkurang itu, mudah-mudahan kami dapat memberikan lebih banyak ruang untuk tetap liar dan lebih banyak hutan tetap ada, ”kata Ashley Beckwith, penulis utama studi dan kandidat PhD teknik mesin di MIT.

Penelitian Beckwith sebelumnya meneliti menggunakan mikrofluida cetak 3D untuk aplikasi biomedis seperti menganalisis fragmen tumor. Tetapi setelah dia menghabiskan waktu untuk bekerja dan belajar tentang pertanian organik, dia menjadi tertarik untuk menggunakan sumber daya pertanian dan alam secara lebih efisien.

Bahan tanaman yang ditanam di laboratorium tidak akan bergantung pada iklim, pestisida, atau lahan subur untuk budidaya. Dan menghasilkan hanya bagian tanaman yang berguna akan menghilangkan kulit kayu yang dibuang, daun, dan materi berlebih lainnya, catat para peneliti. “Ide tingkat yang lebih tinggi adalah tentang memproduksi barang di tempat yang dibutuhkan, saat dibutuhkan,” kata Luis Fernando Velásquez-García, rekan penulis studi dan ilmuwan peneliti utama di Laboratorium Teknologi Microsystems MIT. “Saat ini, kami memiliki model ini di mana kami memproduksi barang di sangat sedikit lokasi, lalu kami menyebarkannya.”

Menumbuhkan jaringan tanaman di laboratorium dimulai dari sel, bukan biji. Para peneliti mengekstraksi sel hidup dari daun muda Zinnia elegans, spesies yang dipilih karena tumbuh dengan cepat dan telah dipelajari dengan baik dalam kaitannya dengan diferensiasi sel, proses di mana sel berubah dari satu jenis ke jenis lainnya. Ditempatkan dalam kultur kaldu nutrisi, sel direproduksi sebelum dipindahkan ke gel untuk pengembangan lebih lanjut. “Sel-sel tersebut tersuspensi di dalam perancah gel ini, dan, seiring waktu, mereka tumbuh dan berkembang untuk mengisi volume perancah dan juga berubah menjadi jenis sel yang kami minati,” kata Beckwith. Perancah ini mengandung nutrisi dan hormon untuk menopang pertumbuhan sel, yang berarti bahan nabati berkembang secara pasif — tidak memerlukan sinar matahari atau tanah.

Namun ramuan sel tumbuhan dan gel tidak akan berubah menjadi sesuatu yang sangat berguna tanpa sedikit mengutak-atik. Jadi para peneliti menguji bagaimana memanipulasi konsentrasi hormon media gel, pH, dan kepadatan sel awal, di antara variabel lain, mempengaruhi perkembangan dan dapat mempengaruhi sifat-sifat jaringan tanaman yang dihasilkan. “Sel tumbuhan memiliki kemampuan untuk menjadi sel yang berbeda jika Anda memberi isyarat untuk itu,” kata Velásquez-García. “Anda dapat membujuk sel untuk melakukan satu atau hal lain, dan kemudian mereka mendapatkan properti yang Anda inginkan.”

Untuk mencapai bahan seperti kayu, para peneliti harus mendorong sel tumbuhan untuk berdiferensiasi menjadi jenis sel vaskular, yang mengangkut air dan mineral dan membentuk jaringan kayu. Saat sel-sel berkembang, mereka membentuk dinding sel sekunder yang menebal yang diperkuat dengan lignin — suatu ketegasan pinjaman polimer — menjadi lebih kaku. Dengan menggunakan mikroskop fluoresensi untuk menganalisis kultur, para peneliti dapat mengamati sel mana yang menjadi lignifikasi (atau berubah menjadi kayu) dan juga mengevaluasi pembesaran dan perpanjangannya.

Setelah tiba waktunya untuk mencetaknya, memanaskan dan kemudian mencetak bioprint 3D gel memungkinkan bahan yang dihasilkan untuk mengambil hampir semua bentuk setelah didinginkan dan dipadatkan. Jaringan hijau tua yang dihasilkan oleh tim peneliti cukup kuat, tetapi secara struktural tidak cukup kuat untuk sebagian besar tujuan konstruksi. Untuk saat ini, struktur cetak persegi panjang yang tipis hanya memiliki panjang beberapa sentimeter dan sedang menjalani pengujian dan karakterisasi mekanis, kata Beckwith, meskipun mencetak versi yang lebih besar dimungkinkan. (Oh, dan para peneliti tidak bisa menahan diri untuk bersenang-senang, mencetak struktur tulang dan pohon anjing juga.)

Diposting oleh : joker123