ساخت اتاقک نور با قابلیت کنترل شرایط فتو سنتز

دهمین دوره از پروژه های دانش‌آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پرشور شما دوستان و علاقه‌مندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی"پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه‌ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقه‌مند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: ساخت اتاقک نور با قابلیت کنترل شرایط فتو سنتز
نام ارائه‌دهنده/دهندگان: پارسا اصلانی، فرزاد مددی، پوریا سعادت، علیرضا اکبری
زمینه و نوع پروژه: بیوتکنولوژی
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: سرای دانش واحد سید خندان

روش پژوهش
با جهش سریع به سمت صنعتی شدن و بالا رفتن سطح استاندارد زندگی، نیاز به منابع سوخت پایدار، ارزان و پاک بیشتر احساس می شود و نیز بهترین راه برای بستن چرخه کربن استفاده از منابع زیستی و بی تکنولوژیکی است. جلبک ها دارای خصوصیات زیستی و فنی زیادی هستند. آن ها آلاینده های مضر را مصرف می کنند و نیز رقابتی با منابع غذایی انسان ندارند. جلبک ها به عنوان منبع غنی غذایی انسان نیز به کار می روند. به عنوان مثال ارزش غذایی جلبک ها همچون پروتئین و چربی آن ها از گوشت بیشتراست. با توجه به اینکه جلبک ها می توانند آب را جذب کنند و به حالت ژله‌ای درآیند، در کشاورزی و حاصلخیزی خاک موثرند و نیز در فرایند تثبیت نیتروژن مورد استفاده قرار می گیرند.

جلبک ها قادرند طیف وسیعی از ترکیبات شیمیایی را تولید کنند. انواع مختلفی از آنتی اکسیدانها، اسیدهای چرب غیر اشباع، ترکیبات موثر دارویی، پروتئین های القاء شده باحرارت، ترکیبات ضد ویروس، ضد باکتری و ضد قارچ از جمله ترکیبات ارزشمندی هستند که توسط جلبک ها تولید می شوند. جلبک ها منبع بسیار غنی از انواع پلی‌ساکاریدها هستند. از جمله مهم‌ترین آن ها می توان به آگار اشاره کرد. این پلیمرها به دلیل خواص رئولوژی و ژل کنندهٔ ویژه‌ای که دارند در طیف وسیعی از جمله صنایع غذایی، دارویی، آرایشی و بهداشتی به کار می روند.

با توجه به فرآیند فتوسنتز، نیازهای اصلی جبلک برای رشد مشخص می شود. این نیازها شامل نور، دی اکسید کربن (هوا)، مواد غذایی و دمای مناسب رشد می باشد. در طبیعت این شرایط همیشه فراهم نیست به عنوان مثال ممکن است یک روز هوا ابری یا بارانی باشد که مانع از تابش خورشید شود و یا حتی هوا خیلی گرم باشد و باعث شود جلبک از بین برود. بر این اساس نیاز است دستگاهی طراحی و ساخته شود که بتواند تمامی شرایط برای رشد جلبک را محیا سازد از جمله: دما، نور، اکسیژن و...
در پژوهش حاضر دانش آموزان تصمیم به ساخت اتاقک نور با قابلیت کنترل شرایط فتو سنتز گرفتند لذا جهت انجام پژوهش مراحل زیر را انجام دادند.

1-  مواد و روش ها

2-1 سیستم گرمایشی
در طبیعت دماهای متفاوتی وجود دارد که باعث می شود جلبک ها در طول سال به صورت های نامنظمی رشد کنند. مطالعات انجام شده نشان می دهد که دمای مطلوب برای رشد ریز جلبک ها دمایی بین 18 تا 24 درجهٔ سانتیگراد می باشد.

قسمت گرمایشی دستگاه ساخته شده از هیتر، سیم نسوز، پایهٔ هیتر، دماسنج الکترونیکی، تنظیم کننده دما و فن تشکیل شده است. مهم‌ترین بخش قسمت گرمایشی دماسنج الکترونیکی، کنترل کننده دما و فن است. کار کنترل کننده دما، تنظیم و نگهداشتن دما در بازهٔ مشخص شده است و نمی گذارد دما بالاتر یا پایین تر برود زیرا اینکار باعث می شود جلبک ها بمیرند. نقش فن چرخاندن هوا در دستگاه و گرم کردن داخل آن به شکل مساوی است.

2-2 سیستم نورانی
در طبیعت تفاوت زمان نور دهی در روز و شب و زمستان و تابستان باعث می شود که نتایج مطلوبی از رشد ریز جلبک ها بدست نیاید. در دستگاه ساخته شده که سیستم نورانی پیشرفتهای دارد از لامپ رشته ای، پایهٔ لامپ، سیم، دیمر (تنظیم کننده شدت نور) و زمان سنج الکترونیک استفاده شده است. مهم‌ترین بخش سیستم نورانی دیمر و زمان سنج الکترونیک است. کار دیمر تنظیم میزان شدت نور ایجاد شده توسط لامپ های رشته ای می باشدکه برای هر جلبکی متفاوت است. کار زمان سنج الکترونیک تنظیم مقدار ساعتی استکه در شبانه روز جلبک به نور نیاز دارد. اگر مقدار شارش بیشتر باشد، جلبک ها می میرند و اگر کمتر باشد رشد نمی کند.

2-2 سیستم هوادهی
در طبیعت ممکن است هوا به تمام ریز جلبک ها نرسد و این رشد مطلوبی به ما نمی دهد. سیستم هوادهی دستگاه یاد شده از پمپ هوا، دستگاه انشعاب هوا، لوله های ارتجاعی، سنگ هوا (می تواند باشد می تواند نباشد) تشکیل شده است.

2-1 سیستم بدنه
 بدنهٔ این دستگاه از چوب ام-دی–اف می باشد چون گرما و انرژی را در خود نگه می دارد و نمی سوزد و بسیار مقاوم است. شکل شماره 1 و شماره 2 تصاویری از مراحل ساخت بدنه دستگاه را نشان می دهند.

2-1 تهیه ریز جلبک
جلبک وغذای بکار رفته در این آزمایش از یکی از دوستان مسوول پژوهشی گروه در بندر انزلی گرفته شد. این جلبک از نوع جلبک هایی می باشد که به منظور تهیه غذای آبزیان مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین نمونه ای از جلبک طبیعی توسط اعضای گروه از طبیعت تهیه
شد که زیستگاه طبیعی آن در شکل شماره 3 نشان داده شده است.

2-6 شمارش جلبک ها
به منظور شمارش جلبک ها از لام توما استفاده شد. جلبک را در زیر لام شمارش ریخته و آنرا در زیر میکروسکوپ قرار داده و چهار خانه هایی مشاهده شد که متناسب با تعداد مربع های کوچک و بزرگ مشاهده شده در لام شمارش، تعداد جلبک ها شمارش شد. در شمارش موارد سخت از مربی پژوهشی کمک گرفته شد. شکل شماره 4 لام توما به کار رفته در شمارش جلبک ها را نشان می دهد.

2-7 آزمایش طراحی شده
جلبک های تهیه شده در ارلن هایی که 250 میلی لیتر در آن جا می شد ریخته شد و آن ها را در درون دستگاه نام برده شده قرار دادهو سیکل روشنایی-تاریکی 12 و 8 ساعت تنظیم شد. بازهٔ 34 تا 37 درجهٔ سانتی گراد به عنوان بازه دمایی تنظیم شد. همچنین یکی از ارلن های تهیه شده در هوای آزاد (حیاط مدرسه) قرار داده شد تا در نهایت با بررسی آن و ارلن های قرار داده شده در دستگاه صحت عملکرد دستگاه ساخته شده بررسی شود. شکل شماره 5 تصویری از آزمایش انجام شده را نشان می دهد. شکل شماره 6 تصویر دستگاه در حال کار را نشان می دهد که با مقوا فضای تاریک ایجاد شده است تا صرفاً نور تنظیم شده به جلبک ها برسد و از ورود نور طبیعی به داخل دستگاه جلوگیری شود.

مهارت های کسب شده

آشنایی با مفاهیم بیوتکنولوژی آموزش نحوه جمع آوری جلبک از محیط آموزش ساخت اتاقک نور (مفاهیم فیزیکف الکترونیک و ...) آموزش نحوه شمارش جلبک ها آموزش نحوه تدوین گزارش نهایی

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه:مهدی رحمانی
تنظیم:علی سرمدی