Роботизована мікропіпетка висмоктала з розмарину цінні речовини
Фізики з Данії змогли витягти цінні хімічні сполуки з листа розмарину за допомогою мікропіпетки, керованої комп'ютером.
У роботі, опублікованій в журналі Plant Physiology, вчені розповідають, як натренували нейромережу GoogLeNet розпізнавати багаті метаболітами клітини рослин щоб ефективно діставати з них потрібні речовини, не пошкоджуючи рослину цілком.
Рослинні метаболіти містять широкий спектр хімічних речовин, включаючи терпени, фенольні сполуки та алкалоїди. Багато з них використовуються як ароматизатори, ліки та біопаливо. Зазвичай цінні речовини з рослин отримують шляхом екстракції, для якої необхідно подрібнити рослини, а також використовувати розчинники, що призводить до забруднення кінцевих продуктів, а їх очищення — до високих економічних і екологічних витрат.
Однак більшість метаболітів рослин зберігаються в спеціалізованих клітинах, таких як залізисті волоски (трихоми) розміром менше 0,1 міліметра. Цілеспрямоване вилучення метаболітів з них підвищує чистоту одержуваних речовин, а також дозволяє зберегти рослину майже неушкодженою.
Керовані вручну мікроголки для таких маніпуляцій з рослинними клітинами вже існують. Однак виявити потрібні клітинні структури, багаті метаболітами-завдання не з легких. До того ж, це досить кропітка і виснажлива робота, яка займає багато часу.
Тепер фізики під керівництвом Хансола Бе (Hansol Bae) з данського технічного університету розробили систему, в якій пошуком багатих метаболітами клітин рослин займається нейромережа. Для виявлення цільових клітин вчені застосували до згорткової нейромережі GoogLeNet трансферне навчання (Transfer Learning), натренувавши її на 2000 мікрофотографіях клітин листа. Приблизно половина з 2000 знімків містили зображення залізистих трихом. Нейромережа навчилася розпізнавати клітини, багаті метаболітами, з середньою точністю 90 відсотків.
Процес вилучення метаболітів починався з того, що мікроскопічна камера сканувала лист розмарину лікарського (Rosmarinus officinalis) і передавала інформацію нейромережі, яка розпізнавала потрібні клітини. Потім мікропіпетка з алюмосилікатного скла проникала в цільове місце і витягувала метаболіти. Основа голки була з'єднана з шприцевим насосом, який забезпечував безперервне всмоктування рідини зі швидкістю 5 мікролітрів на годину. Діаметр кінчика голки становив близько 0,05 міліметра.
З однієї залозистої трихоми за 10 секунд вдалося в середньому отримати 0,48 нанолітрів метаболітів. Щоб перейти від однієї клітини до іншої, роботизованої піпетки потрібно не більше секунди. В результаті фізики домоглися чотириразового збільшення швидкості вилучення речовин в порівнянні з ручним керуванням. Вихід метаболітів був порівнянний (60 відсотків) з виходом в неавтоматизованому методі.
Розмарин особливо багатий такими сполуками як камфора, 1,8-цинеол, пінен, камфен, терпінеол і борнеол.
У 2017 році дослідники з Університету Нортумбрії з'ясували, що аромат ефірного масла розмарину може поліпшити короткочасну пам'ять у дітей. Результати аналізів крові людей, рясно вдихали пари масла розмарину, показали, що в їх плазмі присутній значно більше 1,8-цинеола, але поки це не пояснює, чому і як розмарин надає таку дію на роботу пам'яті.
Також читайте: