Ang “tumingin sa lupa” upang pag-aralan ang mga nakatagong gawain ng mga hydrogel ay maaaring makatulong sa mga magsasaka na makayanan ang mga pagkatuyot sa hinaharap

Sa pananaliksik na sa kalaunan ay makakatulong sa mga pananim na makaligtas sa pagkauhaw, ang mga siyentista unibersidad ng Princeton nagsiwalat ng isang pangunahing kadahilanan na ang paghahalo ng hydrogel sa lupa ay minsan nakakabigo para sa mga magsasaka.

Ang mga kuwintas na hydrogel, maliit na plastik na bola na maaaring tumanggap ng libong beses na bigat sa tubig, ay tila perpekto para sa paghahatid ng maliit na mga reservoir ng tubig sa ilalim ng lupa. Sa teoretikal, habang ang dries ng lupa, naglalabas ang mga hydrogel ng tubig upang ma-hydrate ang mga ugat ng halaman, nagpapagaan ng pagkauhaw, nakakatipid ng tubig at nagdaragdag ng ani ng ani.

Gayunpaman, ang paghahalo ng mga hydrogel sa bukirin ng mga magsasaka ay may kaunting mga resulta. Sinubukan ng mga mananaliksik na ipaliwanag ang hindi pantay na mga pagtatanghal na ito sa malaking bahagi sapagkat ang lupa, na opaque, ay pumigil sa mga pagtatangka na obserbahan, pag-aralan, at sa huli ay pagbutihin ang pag-uugali ng hydrogel.

Sa isang bagong pag-aaral, nagpakita ang mga mananaliksik ng Princeton ng isang pang-eksperimentong platform na nagpapahintulot sa mga siyentista na pag-aralan ang nakatagong pag-andar ng mga hydrogel sa mga lupa kasama ang iba pang naka-compress at masikip na media. Ang platform ay umaasa sa dalawang bahagi: isang transparent na butil-butil na daluyan – katulad ng isang pakete ng mga kuwintas na salamin – bilang isang additive sa lupa at tubig na na-doped ng isang kemikal na tinatawag na ammonium thiocyanate. Matalinong binabago ng kemikal ang paraan ng pagyuko ng tubig sa ilaw, pagbabayad sa mga nakakagambalang epekto na karaniwang mayroon ang mga bilog na kuwintas. Bilang isang resulta, ang mga siyentipiko ay maaaring makakita nang direkta sa may kulay na mundo ng hydrogel sa gitna ng artipisyal na lupa.

“Ang pagkadalubhasa ng aking lab ay ang paghahanap ng tamang kemikal sa tamang konsentrasyon upang mabago ang mga optikal na katangian ng likido,” sabi ni Sujit Datta, isang katulong na propesor ng kemikal at biyolohikal na engineering sa Princeton at nangungunang may-akda ng isang pag-aaral sa journal. Pagsulong ng pang-agham Pebrero 12, 2021. “Pinapayagan ng tampok na ito ang pagpapakita sa 3D ng mga daloy ng likido at iba pang mga proseso na nagaganap sa karaniwang hindi ma-access, opaque media tulad ng lupa at mga bato.”

Malinaw na pagtingin sa mga hydrogel

Ang mga mananaliksik ng Princeton ay gumamit ng mga borosilicate na kuwintas ng salamin bilang isang kahalili ng lupa upang pag-aralan ang pag-uugali ng mga hydrogel na kumikilos bilang mga reservoir sa mga bukirin. Ginamit ng mga mananaliksik ang pandagdag upang maitama ang bias mula sa mga kuwintas, na pinapayagan silang malinaw na obserbahan ang hydrogel. Larawan ni Datta et al / Princeton University. Kredito: Datta et al / Princeton University

Ginamit ng mga mananaliksik ang setting na ito upang maipakita na ang dami ng tubig na nakaimbak ng hydrogel ay kinokontrol ng balanse sa pagitan ng puwersa na inilapat kapag ang hydrogel ay bumuhos ng tubig at ang nililimitahang puwersa ng nakapalibot na lupa. Bilang isang resulta, ang mga mas malambot na hydrogel ay sumisipsip ng maraming tubig kapag halo-halong mga ibabaw na layer ng lupa, ngunit hindi gumana rin sa mas malalim na mga layer ng lupa kung saan nalantad sila sa mas maraming presyon. Sa halip, ang mga hydrogel na na-synthesize upang magkaroon ng mas maraming panloob na mga crosslink ay magiging mas epektibo sa mas malalim na mga layer, at bilang isang resulta ay mas mahigpit at maaaring magbigay ng mas maraming puwersa sa lupa dahil sumisipsip sila ng tubig. Sinabi ni Datta na batay sa mga resulta, ang mga inhinyero ay makakagawa na ng karagdagang mga eksperimento upang maiakma ang kimika ng mga hydrogel sa mga tiyak na pananim at kondisyon ng lupa.

“Ang aming mga resulta ay nagbibigay ng mga alituntunin para sa pagdidisenyo ng mga hydrogel na maaaring masipsip ng tubig depende sa lupa kung saan sila gagamitin, na posibleng makatulong na matugunan ang lumalaking pangangailangan para sa pagkain at tubig,” sabi ni Datta.

Ang inspirasyon para sa pag-aaral na ito ay si Datta, na nalaman ang tungkol sa napakalaking pangako ng mga hydrogel sa agrikultura, ngunit sa ilang mga kaso din tungkol sa kanilang hindi katuparan. Sa pagsisikap na bumuo ng isang platform para sa pag-aaral ng pag-uugali ng hydrogel sa lupa, nagsimula ang Datta at mga kasamahan sa artipisyal na lupa na gawa sa borosilicate glass beads, na karaniwang ginagamit para sa iba’t ibang biolohikal na pagsasaliksik at sa pang-araw-araw na buhay na may alahas. Ang mga laki ng kuwintas ay nasa average mula isa hanggang tatlong millimeter, na tumutugma sa laki ng butil ng maluwag, hindi nakabalot na lupa.


Nang magdagdag ang mga mananaliksik ng isang may tubig na solusyon ng ammonium thiocyanate, tinanggal nito ang pagbaluktot na dulot ng borosilicate glass beads at pinayagan ang isang malinaw na pagtingin sa hydrogel. Kredito: Datta et al / Princeton University

Noong tag-araw ng 2018, inatasan ni Datta si Margaret O’Connell, noon ay isang kolehiyo ng Princeton na nagtatrabaho sa kanyang laboratoryo sa pamamagitan ng programa ng ReMatch + ng Princeton, upang makilala ang mga sangkap na maaaring baguhin ang repraktibo na indeks ng tubig upang mabayaran ang magaan na pagbaluktot ng mga kuwintas habang pinapayagan pa rin ang hydrogel upang masipsip nang mahusay ang tubig. O’Connell alite sa isang may tubig na solusyon na may higit sa kalahati ng timbang nito ay nag-ambag ng ammonium thiocyanate.

Si Nancy Lu, isang nagtapos na mag-aaral sa Princeton, at Jeremy Cho, na noon ay isang kapwa postdoctoral sa lab ng Datta at ngayon ay isang katulong na propesor sa Unibersidad ng Nevada sa Las Vegas, ay lumikha ng isang paunang bersyon ng pang-eksperimentong platform. Naglagay sila ng isang kulay na bola ng hydrogel na gawa sa isang maginoo na materyal na hydrogel na tinatawag na polyacrylamide sa pagitan ng mga kuwintas at nakolekta ang ilang mga paunang obserbasyon.

Si Jean-Francois Louf, isang postdoctoral researcher sa laboratoryo ng Datta, ay nagdisenyo ng pangalawang pinabuting bersyon ng platform at nagsagawa ng mga eksperimento, na ang mga resulta ay naiulat sa pag-aaral. Kasama sa pangwakas na platform na ito ang isang may timbang na piston upang makabuo ng presyon sa mga kuwintas, na ginagaya ang saklaw ng mga presyur na makasalubong ng hydrogel sa lupa, depende sa kung gaano kalalim ang implant ng hydrogel.

Sa pangkalahatan, ang mga resulta ay nagpakita ng isang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga hydrogel at lupa batay sa kani-kanilang mga katangian. Ang balangkas ng teoretikal na binuo ng koponan upang makuha ang pag-uugaling ito ay makakatulong na ipaliwanag ang nakalilito na mga resulta sa bukid na natipon ng iba pang mga siyentipiko, kung saan ang mga ani ng ani kung minsan ay napabuti ngunit kung minsan ang mga hydrogel ay nagpakita ng kaunting mga benepisyo o kahit na lumala ang natural na siksik ng lupa, na nagdaragdag ng peligro ng pagguho.

Si Ruben Juanes, isang propesor ng civil at environment engineering sa Massachusetts Institute of Technology na hindi lumahok sa pag-aaral, ay nagkomento sa kahalagahan nito. “Ang gawaing ito ay magbubukas ng mga kaakit-akit na pagkakataon para sa paggamit ng mga hydrogel bilang mga condenser ng lupa na nagbabago sa pagkakaroon ng tubig at kontrolin ang paglabas ng tubig sa mga ugat ng pananim, sa paraang maaaring magbigay ng totoong teknolohikal na pag-unlad sa napapanatiling agrikultura,” sabi ni Juanes.

Ang iba pang mga aplikasyon ng hydrogels ay maaaring makuha mula sa gawain ng Datta at ng kanyang mga kasamahan. Kasama sa mga halimbawa ng mga lugar ang pagkuha ng langis, pagsasala at pagbuo ng mga bagong uri ng mga materyales sa gusali, tulad ng hydrogel-impregnated kongkreto, upang maiwasan ang labis na pagpapatayo at pag-crack. Ang isang partikular na promising area ay ang biomedicine na may mga aplikasyon mula sa paghahatid ng gamot hanggang sa pagaling ng sugat at pag-engineering ng artipisyal na tisyu.

“Ang mga Hydrogel ay talagang mahusay, maraming nalalaman na materyal na masaya rin upang gumana,” sabi ni Datta. “Ngunit habang ang karamihan sa mga pag-aaral sa lab ay nakatuon sa kanila sa isang walang limitasyong kapaligiran, maraming mga aplikasyon ang nagsasangkot ng kanilang paggamit sa nakakulong at nakakulong na mga puwang.” Kami ay nasasabik tungkol sa simpleng pang-eksperimentong platform na ito sapagkat pinapayagan kaming makita ang hindi nakita ng ibang tao dati. “

Sanggunian: 12 Pebrero 2021, Pagsulong ng pang-agham.

Ang gawain ay bahagyang suportado ng National Science Foundation at ng High Meadows Environmental Institute sa Princeton.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.