想要木桌?直接“种”一张吧

科学家们在实验室培养植物组织。

科学家们在实验室培养植物组织。

近日,美国麻省理工学院(MIT)的研究人员在《清洁生产杂志》上发表论文,阐述了一种在无土、无光照的实验室直接培养植物组织(如木头或纤维)的技术。新技术与“直接培养一块肉”的理念类似,指出了高效生产生物材料的可行性。虽然该技术仍处于早期开发阶段,但它将来也许能帮助减轻林业和农业的环境负担。

制作一张木桌需要种树、砍伐、运输、加工,整个过程长达数十年。

“几个世纪以来,我们获取木材的方式一直没有改变,非常低效。新研究为我们创造了新机会:如果想要木桌,我们应该直接‘种’一张。”研究领导者、麻省理工学院微系统技术实验室的首席科学家Luis Fernando Velasquez-Garcia说。

在新研究中,科学家们从百日草的叶子中提取了活细胞,在液体培养基中培养,让它们进行代谢和增殖。随后,他们将这些细胞转移到一种凝胶中,并“调整”它们的生长。“在某种意义上,植物细胞与干细胞相似,可以被诱导变成任何东西。”Velasquez-Garcia解释。

研究人员通过改变凝胶中生长素和细胞分裂素的水平,控制了细胞木质素(一种使木材更加坚固的有机聚合物)的产生,最终形成了一种坚硬的木质结构。

论文第一作者、机械工程专业的博士生Ashley Beckwith使用荧光显微镜对最终产品的细胞组成和结构进行了评估。她说:“我们可以直观地评估哪些细胞正在木质化,并测量细胞的增大和延伸。”这一过程证实:植物细胞可用于受控的生产过程,生产针对特定用途的优化材料。

Velasquez-Garcia认为,这项工作是微结构制造和3D打印等增材制造技术的扩展。在这种情况下,植物细胞会在凝胶生长介质的帮助下进行自身打印。与非结构化液体介质不同,凝胶充当了细胞以特定形状生长的支架。

Velasquez-Garcia说:“这个方法不仅调整了材料的属性,也从概念上调整了材料的形状。”因此,他设想,未来真的可以直接“种”出一张不需要木胶黏合的桌子。

但这项技术距离投入市场还有很长一段路要走。康奈尔大学植物生物学家David Stern说:“主要问题是这项技术能否规模化,能否在经济或生命周期上具有竞争力。”Stern还指出,把林业和农业“碎片”引入实验室需要权衡。农业植株能够有效利用太阳能量和自然降雨,而不需要建筑、热量或人造光。研究人员承认,这些实验室培养的植物组织还处于早期阶段,研究小组将继续进行微调,控制最终材料的属性。

Beckwith预计,大规模培养植物组织将面临诸多挑战,比如:如何促进细胞间的气体交换。该团队希望通过进一步实验来克服这些障碍,并最终为实验室种植产品绘制生产蓝图。

科界原创

编译:花花

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《清洁生产杂志》

期刊编号:0959-6526

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2021/01/210121092825.htm

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