Na zabezpečenie väčšej produkcie poľnohospodárskych plodín sa dnes používajú rôzne mechanické a chemické úpravy aplikované na rastlinné semená či plody, ktoré však môžu byť ekologicky a ekonomicky nevýhodné. Viaceré výskumné tímy študujú vplyv nízkoteplotnej plazmy na rastové vlastnosti poľnohospodárskych plodín ako vhodnú alternatívu pre ošetrenie biologického materiálu. Výsledky výskumov poukazujú na účinky plazmy na zlepšenie hydrofilných vlastností rastlinných semien, následne k zvýšeniu klíčivosti, zrýchleniu dynamiky rastu a vitality rastliny ako aj na dekontaminačný účinok plazmy. Opracovanie biologických materiálov plazmou je komplikovaný proces, pri ktorom sú vzorky vystavené pôsobeniu nabitých častíc plazmy, plynným produktom vznikajúcim pri generovaní plazmy či ultrafialovému žiareniu. Aby sme boli schopní efektívne aplikovať nízkoteplotnú plazmu v praxi, je dôležité preskúmať akú úlohu zohrávajú jej jednotlivé zložky pri opracovaní plazmou. Prvým krokom je oddelenie týchto zložiek a preskúmanie ich účinku na biologických vzorkách.
V tejto práci sme skúmali vplyv plynných produktov plazmy na rastlinné semená v porovnaní s opracovaním semien nízkoteplotnou plazmou. Ako biologické vzorky sme použili sójové bôby (Glycine max L.). Nízkoteplotnú plazmu sme generovali pomocou Difúzneho koplanárneho povrchového bariérového výboja (DCSBD) vo vzduchu, kyslíku a dusíku pri atmosférickom tlaku a príkone 400W. Vzorky boli opracované po dobu 60 s a 120 s. Zmeny hydrofilných vlastností sme skúmali meraním kontaktného uhla kvapky vody na povrchu bôbov a zmeny v chemických väzbách na povrchu semien pomocou Fourierovskej infračervenej spektroskopie (FTIR).
Z našich výsledkov vyplýva, že plynné produkty vznikajúce pri horení plazmy nemajú zásadný vplyv na hydrofilné vlastnosti sójových bôbov. Výrazný pokles kontaktného uhla sme zaznamenali len pri vzorkách opracovaných priamo v plazme. Minimálne zmeny v infračervenom spektre naznačujú, že nedochádza k poškodeniu povrchu vzoriek. Za zlepšenie hydrofilných vlastností môže byť zodpovedné ultrafialové žiarenie. Výsledky výskumu v blízkom odbore ukazujú, že ultrafialové žiarenie má rovnaký vplyv na biologickú aktivitu titánu ako nízkoteplotná plazma. Vplyv ultrafialového žiarenia na vlastnosti biologických materiálov je preto logickým pokračovaním ďalšieho výskumu.
Práca bola realizovaná v rámci projektu: APVV-16-0216 s názvom : Moderné plazmové technológie pre ekologické poľnohospodárstvo a potravinárstvo.
otazky
Zaujimavy prispevok a pekny experiment! Chcela by som sa opytat, akymi chemickymi zmenami si vysvetlujete narast kontaktneho uhla v pripade opracovania vzoriek v plynnych produktoch kyslika. Taktiez by ma zaujimalo, aka je doba zivota reaktivnych kyslikovych a dusikovych castic, stihnu sa dostat az do boxu so semienkami? Vedeli by ste navrhnut diagnosticku metodu na detekciu pritomnosti tychto castic priamo v boxe so semienkami? Dakujem za odpovede!
Re: otazky
Ďakujem za otázky. Za zmeny pri kyslíkových produktoch môže byť zodpovedný ozón. Napríklad z výskumov zameraných na vplyv ozónu ako pozberovej metóde ošetrenia ovocia vyplýva, že ozón hrá úlohu pri neskoršom dozrievaní niektorých druhov ovocia (Minas et. al. 2014, Ozone-induced kiwifruit ripening delay is mediated by ethylene biosynthesis inhibition and cell wall dismantling regulation). Avšak na určenie vplyvu ozónu na sóju, by sme potrebovali viac meraní, ako aj presnejšiu diagnostiku povrchu, napr. pomocou XPS analýzi.
Na našom pracovisku bol tiež vykonaný experiment, pri ktorom bolo merané zloženie plynných produktov pomocou FTIR. V danom experimente bola použitá podobná aparatúra ako v našom experimente, namiesto boxu so semienkami bola kyveta, v ktorej bola FTIR meraná. Prívod, ktorým prúdili plynné produkty z plazmy do boxu so semienkami bol približne rovnako dlhý ako prívod do kyvety v danom experimente. Preto predpokladáme podobné zloženie plynných produktov.
Diagnostickú metódu na detekciu prítomnosti plynných produktov by sme tiež mohli uskutočniť pomocou FTIR. Do boxu so semienkami by sme zabudovali okienka, cez ktoré prechádza IČ žiarenie, ktoré by sme diagnostikovali pomocou FTIR a určili aké produkty sa v boxe nachádzajú.
Re: Re: otazky
Dakujem pekne za odpoved a zelam vela uspechov v dalsom vyskume!
Experimentálny návrh
Dobrý deň Adam,
ďakujeme za zaujímavý a pekne spracovaný príspevok. Rada by som sa opýtala na detaily experimentálneho dizajnu, pretože v metodickej časti je len veľmi neurčitá informácia: "Uskutočnili sme 10 meraní na rôznych vzorkách, ktoré boli štatisticky vyhodnotené". Porovnávate opracovanie plazmou a plynnými produktami plazmy s referenčnou skupinou. Ako presne to bolo urobené? Ako boli vzorky priradené k experimentálnym podmienkam?
Ešte drobná poznámka, či skôr interpretačné usmernenie. V Závere uvádzate "V našej práci sme preukázali, že plynné produkty plazmy neprispievajú väčšou mierou k zlepšeniu hydrofilných vlastností povrchu sóje". Štandardne používané metódy na testovanie rozdielov sú vymyslené tak, aby sme mohli odhaľovať rozdiely a vzťahy - neumožňujú dokazovať/preukazovať neexistenciu rozdielov (prinajmenšom nie v jednom kroku), pretože z tohto predpokladu test vlastne vychádza, že sa nič nedeje, že rozdiel nie je - nazývame to nulová hypotéza. Čiže záver treba len mierne poupraviť, "nepreukázali sme, že by plynné produkty plazmy prispievali väčšou mierou (= významne) k zlepšeniu hydrofilných vlastností povrchu sóje".
Pozdravujem,
iwa
Re: Experimentálny návrh
Dobrý deň,
pred meraním kontaktného uhla sme si do plastových ampuliek pripravili po 15 semienok sóje. Jedna ampulka bola referenčná a zvyšné sme označili tromi údajmi - pracovný plyn, doba opracovania a či sa jednalo o plazmu alebo plynné produkty (ref, O2 60s, O2 120s, PP O2 60s, ..). Následne sme sóju opracovali v plazme/plynných produktoch pre čas a pracovný plyn uvedený na ampulke, sóju pozbierali naspäť do ampuliek a zmerali kontaktný uhol. Kontaktný uhol bol meraný na 10 vzorkách pre danú ampulku, zvyšných 5 slúžilo na prípadné opakované merania ak sa nejaké meranie nepodarilo.
Pri FTIR meraniach sme postupovali podobne, no tam nám stačilo menej vzoriek, pri meraní sme zmerali FTIR aspoň na troch pre prípad, že by sme mali nejakú neštandartnú vzorku, väčšinou vychádzala FTIR rovnako takže viac sme nepotrebovali.
Ďakujem za dotazy
Re: Re: Experimentálny návrh
Ďakujem za upresnenie, tieto informácie sú veľmi dôležité, až budete písať odborný článok, v metodickej časti musí byť dostatok informácií na to, aby bol experiment reprodukovateľný. Takže schéma (workflow chart) sa hodí. Tiež je z experimentálneho návrhu potom jasné, čo boli nezávislé vzorke a čo závislé (semienka v ampulke nie sú nezávislé, ale skorelované). Schéma tiež slúži na zorientovanie sa o počte a druhu faktorov (napr. skupina, expozičný čas) pôsobiacich na výstup (kontaktný uhol).
Neuvádzate, ako ste dáta analyzovali, ale Vami popísaný experimentálny návrh ukazuje na analýzu variancie (ANOVA) pre dva faktory bez opakovaní - keďže semienka slúžili na upresnenie priemernej odpovede a ich variabilita sa viaže na jedno meranie pre danú kombináciu experimentálnych podmienok. Samozrejme, aj variabilita semienok (v rámci ampuliek) môže byť pre Vás zdrojom informácií, ako ste naznačili v príspevku, preto by ste mohli...a možno uvažujete o pokračovaní v experimente a overení variability MEDZI ampulkami v rámci experimentálnych skupín (hierarchická ANOVA, alebo tiež označovaná ako "nested ANOVA", kde máte semienka viazané na ampulky a tie sú "vnorené" do faktora, ktorý definuje experimentálne skupiny.
Želám veľa dobrých nápadov a dobré podmienky pre ich realizáciu.
iwa
Re: Re: Re: Experimentálny návrh
Ďakujem pekne za rady.
Adam
UV ziarenie
Dobry den, Adam,
zaujimavy experiment :)
Rada by som sa opytala, aka je hrubka plazmy a preco sa vlastne pouzivala trepacka.
Ked sa pozriem na vysledky pri 60s, priame opracovanie v kyslik...u malo ovela lepsi ucinok na kontaktny uhol ako u dusika a naopak pri plynnych produktoch u kyslika rastol a u dusika bol najnizsi spomedzi pouzitych atmosfer. Vedeli by ste odhadnut, preco? Je mozne porovnat, kolko UV ziarenia je v plynoch, ktore ste pouzivali?
Dakujem.
Re: UV ziarenie
Dobrý deň,
ďakujem za otázku :)
aktívna hrúbka plazmy je približne 0,3-0,5 mm. Trepačka slúži na zvýšenie homogenity opracovania semienok. Semienka sú vďaka trepačke uvedené do pohybu a menia aktívnu plochu styku s plazmou.
Nepriaznivý vplyv kyslíkových produktov na semienka môže byť spôsobený vzniknutým ozónom. Myslím si, že pri opracovaní v plazme zohráva úlohu UV žiarenie, ktoré môže mať zásadný vplyv na zníženie kontaktného uhla. Na lepšie určenie vplyvu UV žiarenia by sme potrebovali vykonať ďalšie experimenty. Množstvo a vlnová dĺžka UV žiarenia by sa dala určiť pomocou spektroskopických meraní.
S pozdravom
Adam
Re: Re: UV ziarenie
Dakujem za odpoved :)
Prajem vela dalsich uspesnych experimentov.
VM