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Labor Hergestelltes Holz zur Beseitigung der Entwaldung

MIT-Forscher haben in einem Labor Strukturen aus holzähnlichen Pflanzenzellen entwickelt, um die enorme Umweltbelastung durch Abholzung zu minimieren. 

Jedes Jahr fällen Menschen etwa 15 Milliarden Bäume. Es ist ein langer und kostspieliger Prozess, Holz in Esstische und Stühle zum Sitzen zu verwandeln, von den Menschen, die es fällen, über den Transport und Vertrieb bis hin zu den Menschen, die sich die Zeit nehmen, es herzustellen.

Derzeit wird geschätzt, dass aus Holz gewonnene Produkte im Jahr 631 für 2021 Milliarden US-Dollar vermarktet werden und bis 900 voraussichtlich die Marke von 2026 Milliarden US-Dollar erreichen werden. 

Der 3D-Biodruck ist eine aufstrebende Technik, bei der Gewebe und Organe entnommen und kontrolliert hergestellt werden. Dies erfolgt durch eine Anordnung der chemischen Elemente, die in den verwendeten biologischen Materialien, einschließlich Biochemikalien und Biozellen, gesättigt sind. 

3D Druck
Bildnachweis: Getty Images

Das Team am MIT führte ein Experiment durch, das normalen Pflanzenzellen stammzellähnliche Eigenschaften verlieh. Diese holzähnlichen Pflanzengewebe wurden in einem Labor ohne Erde gezüchtet und Sonnenlicht, die Dinge, die Holz normalerweise braucht. Sie nahmen die Blätter einer blühenden Pflanze namens Gemeine Zinnie (Zinnia Elegans) und entfernten die Zellen daraus. Die Forscher hielten die Flüssigkeit einige Tage in einem Medium, bevor sie die Pflanzenzellen handhabten, und trugen dann ein Gel-basiertes Medium auf, um die Zellen mit Nährstoffen anzureichern und Hormone

Durch den 3D-Drucker gaben die Forscher die Zellgelkulturlösung auf eine Schale, konstruierten dann sorgfältig ihre Form und ließen sie für die Inkubationszeit drei Monate lang in einem dunklen Raum. Das im Labor gedruckte Pflanzenmaterial überlebte nicht nur, sondern gedieh doppelt so schnell wie ein natürlich wachsender Baum.

Forschern ist es gelungen, die Zellen durch zwei sogenannte Pflanzenhormone zum Wachsen zu manövrieren Auxin und Cytokinin. Die Ergebnisse zeigten den Forschern, dass die Änderung der Hormonkonzentration im Gel es ihnen ermöglichte, die Ergebnisse der physikalischen und mechanischen Eigenschaften der wachsenden Zellen zu kontrollieren. Durch die Anpassung der Anteile der Hormone im Gel konnten sie die Festigkeit des Holzes steuern.

Sie entdeckten, dass höhere Hormonanteile dazu führten, dass Pflanzenmaterial kleiner, aber mit dichteren Zellstrukturen wuchs. Es würde auch steiferes Pflanzenmaterial erzeugen und es den Forschern ermöglichen, Pflanzenmaterial mit einer Steifheit zu züchten, die der von natürlicheren Hölzern ähnelt.

Der führende Forscher Beckwith bewertete die Zusammensetzung und Struktur des Endprodukts durch Fluoreszenzmikroskopie. 

„Sie können visuell beurteilen, welche Zellen verholzen, und Sie können die Vergrößerung und Verlängerung von Zellen messen.“ Sie stellt fest und zeigt die Idee, dass die Fähigkeit, Pflanzenzellen zu kontrollieren, sie für die Verwendung für einen bestimmten Zweck optimiert.

Der Pflanzenbiologe und Präsident des Boyce Thompson Institute mischte sich in das Forschungsprojekt ein. Er glaubt, dass dieser Ansatz maximiert werden sollte „würde erhebliche finanzielle und intellektuelle Investitionen erfordern, wahrscheinlich sowohl von staatlichen als auch von privaten Quellen“. 

Forscher am MIT schlagen vor, dass die 3D-Drucktechnik keinen Abfall produziert und daher besser für die Umwelt und die Wirtschaft wäre.