Nghiên cứu khoa học vật liệu từ sinh vật biển - Bản có dấu.
Nghien cuu khoa hoc vat lieu tu sinh vat bien - Bản không dấu.

Tự nhiên nắm giữ những bí ẩn và lời giải đáp cho cáccâu hỏi mà Giáo sư David  Kisailus cùng nhóm nghiên cứu  của mình đangtìm cách đặt ra. “Tôi hy vọng rằng chúng ta thực sự học được cáchthiết kế, hiệu chỉnh và tổng hợp các chất liệu kỹ thuật  từ những sinhvật này, có những đặc tính mà bản thân  những kỹ sư như chúng tôi  chỉdám mơ đến.”

Nghiên cứu sự phát triển hàng ngày của sinh vật biển dường như là mộtthách thức với các nhà khoa học  thuộc Inland Southern California. Thayvì phải đi lại hàng ngày đến bờ biển, họ tạo nên một đại dương trong hệthống nước biển gần 2.000 lít chiếm trọn Phòng thí nghiệm Vật liệu Nanovà mô phỏng sinh học, môi trường  sống cho cả loài sống nước lạnh (nhiệtđộ môi trường  khoảng 15^oC) và loài nhiệt đới  (môi trường khoảng 26^oC).

Trong khi một số người vất vả tìm đến những địa điểmxa xôi để chiêm ngưỡng vẻ đẹp  của rặng san hô, thì ở UCR, mọi người chỉcần đến thăm Bourns Hall để chứng kiến hệ sinh thái san hô nhiệt đớichân thực và đẹp đến mức sững sờ. Một bồn chứa khác là nơi cư trú củacộng đồng sinh vật biển nước lạnh bao gồm bào ngư đỏ California(Haliotis rufescens), nhím biển tím và nâu (Strongylocentrotuspurpuratus và Lytechinus pictus), sao sao lỗ khóa khổng lồ  (Megathuracrenulata), vài loài san hô (Balanophyllia elegans, Astrangialajollaensis và Paracyathus stearnsi), cùng với vô số các nhómcorallimorpharians đầu gậy (Corynactis californica).

Những bồn chứa khác giữ các sinh vật dành để nghiên cứu, trong khi mộtloạt các bồn chứa nhỏ riêng biệt dành cho các loài kỳ lạ, hung hăng hơnhoặc các loài cần khẩu phần dinh dưỡng đặc biệt. Bộ phận trung tâm  củahệ thống bơm và lọc lưu thông và xử lý nước với tốc độ chảy gần 40.000lít nước mỗi giờ, đem lại môi trường  gần với nơi cư trú tự nhiên  củachúng.

James Weaver, nhà động vật học nghiên cứu  các loàikhông xương sống dưới biển, thiết kế  và xây dựng  hệ thống  bồn chứa vàlọc phức tạp, bao gồm bioreactor hóa lỏng cao gần 2m. Nhưng đối với cácnhà nghiên cứu  này, các loài động vật trong bồn mới thực sự là những tuyệt tác trong ngành cơ khí. “Chúng tôi chỉ tận dụng tự nhiên  làm nền tảng cảm hứng.”

Kisailus lần đầu hứng thú với khoa học  vật liệu khithực hiện nghiên cứu  trong phòng thí nghiệm với vị trí nghiên cứu  sinhtại ĐH Drexel. Sau khi nhận bằng thạc sĩ ngành Khoa học  vật liệu tại ĐHFlorida, Kisailus nhận bằng Tiến sĩ tại ĐH California, Santa Barbara,nơi ông gặp sinh viên  Weaver, cộng sự của mình.

Cả hai đều mơ ước một ngày họ có thể kết hợp chuyênngành động vật không xương sống của Weaver với khoa học  vật liệu củaKisailus. Tại UCR, giấc mơ  đó đã trở thành sự thật. “Chúng tôi thường xuyên tranh luận những ý tưởng của nhau và dường như chúng tôi  không bao giờ cạn kiệt những ý tưởng mới.”

Weaver là người đem đến những loài vật có đặc điểm đặc biệt, trong khi Kisailus thực hiện các thí nghiệm. “Jamesđem đến cho tôi kiến thức  về tất cả những sinh vật này. Tôi quan sátcách loài bào ngư phát triển lớp vỏ của chúng. Có lẽ chúng ta có thể ápdụng kỹ thuật  tương tự để biến đổi cấu trúc nano vào pin  năng lượng mặttrời để chúng hiệu quả hơn.”

Nhím biển tổng hợp loại gốm dẻo…và một số loài bọt biển hình thành sợi hoặc dạng que chịu va đập. “Chúngtôi quan sát hệ thống  xương khoáng hóa này và ứng dụng  những bài họcrút ra từ công trình nghiên cứu  để áp dụng vào kỹ thuật  cơ khí đờithực.”

Xem xét bào ngư đỏ, loài lớn nhất trong nhóm sênbiển của California, với lớp vỏ lớn hình ô-van mà người dân  bản địavùng biển từng sử dụng làm bát. Bên trong là xà cừ, một loại vật liệuhấp thụ năng lượng. Theo Kisailus, có lẽ bào ngư có thể giúp các nhàkhoa học các chế tạo một loại áo giáp trọng lượng nhẹ đủ chắc chắn đểbảo vệ binh lính Mỹ  trước các đợt tấn công  bằng vũ khí  nổ tự tạo gâysát thương lớn ở Iraq.

Khi loài bào ngư đỏ phát triển, nó tạo lớp vỏ tươngtự như ta xây một tòa nhà mới, xà và cột xây trước. Tuy nhiên, trongtrường hợp của bào ngư, phần nền móng này cấu tạo từ chất liệu hữu cơ.Sau đó nó lấp những khoảng trống giữa các phần nền móng bằng thành phầnkhoáng chất, kết quả là sự hình thành hợp chất nano nhiều tầng rất chắcvà bền. “Điều này diễn ra theo chiều hướng đã được định trước, tất cả đều do gien điều khiển.”

Các nhà khoa học  đang cố gắng  mô phỏng độ chính xáctrên, dùng cốc thí nghiệm và các chất hóa học đơn giản để chế tạo racác loại vật liệu với hình dạng và kích cỡ tùy biến. Nếu họthành công, Kisailus thấy trước tương lai của khả năng dự trữ và chuyểnđổi năng lượng hiệu quả hơn – và cuối cùng, những giải pháp cho sựkhủng hoảng toàn cầu. “Hãy tưởng tượng một loại pin  nănglượng mặt trời ít tốn kém, mềm dẻo và năng suất cao. Tôi tin rằng nhiềuloài sinh vật mà chúng tôi  đang nghiên cứu  nắm giữ giải pháp cho nhữngvấn đề này.”

Các bồn chứa đang thu hút thêm các nhà khoa học  trẻ. “Nhữngkinh nghiệm cộng tác và công trình khi còn làm nghiên cứu  viên thờisinh viên ở ĐH Drexel đã hướng tôi đến con đường  này và kích thích trítưởng tượng của tôi. Mặc dù tôi là giảng viên mới và có hai nghiên cứusinh, tôi đang tuyển thêm nhiều sinh viên  đại học  làm việc  trong phòngthí nghiệm của tôi và học cách liên kết sách vở với nghiên cứu. Hiệntại tôi có 11 sinh viên  làm việc  thường xuyên trong phòng thí nghiệm vàcó lẽ sẽ tuyển thêm nhiều sinh viên  có khả năng nổi bật. Tôi hy vọng cóthể truyền cảm hứng cho họ theo cách từng xảy ra với tôi và khiến họhứng thú với khoa học  vật liệu và mô phỏng sinh học.”

Kisailus cũng muốn mời trẻ em  trong vùng, từ nhà trẻđến trung học, đến tham quan phòng thí nghiệm và chiêm ngưỡng vẻ đẹpcủa các bồn chứa sinh vật biển. Ông hy vọng chúng sẽ không ngừng họctập. “Bọn trẻ là tương lai.”

Hiện tại chưa có bình luận nào về bài viết Nghiên cứu khoa học vật liệu từ sinh vật biển!

Bạn có ý kiến gì về bài viết Nghiên cứu khoa học vật liệu từ sinh vật biển này? Hãy gởi suy nghĩ, bình luận, đánh giá, lời khuyên ... của bạn về bài viết Nghiên cứu khoa học vật liệu từ sinh vật biển bạn tại đây.