Op på scenen åbnede Elizabeth Dougherty det foldede papir, folieforseglingen flimrende i lysene. ”Og vinderen er, ” pausede hun med dramatisk virkning, ”fra University of Virginia ....”
Men intet mere kunne høres, klynger og jubel skjulte hendes ord. Knytnæve blev pumpet i luften, tårene kaste ud.
Dette sejrende øjeblik tilhørte et team af studerende og deres rådgiver, der deltog i Collegiate Inventors Competition på US Patent and Trademark Office's hovedkvarter i Alexandria, Virginia. Dougherty, USPTOs direktør for opfindelsesuddannelse, opsøgende og anerkendelse og andre tilstedeværende hædrede Ameer Shakeel og Payam Pourtaheri for deres gruppes revolutionerende produkt AgroSpheres, skabt med et mål at eliminere de skadelige bivirkninger af pesticider over hele verden.
Duoen trådte op på scenen og grinede uforstyrret, da de tog de tunge guldmedaljer, der blev givet til dem som de samlede vindere i konkurrenceens bachelor-afdeling. Denne meget konkurrencedygtige, landsdækkende konkurrence opmuntrer til ”innovation, iværksætteri og kreativitet”, der viser de banebrydende, studentledede projekter fra colleges og universiteter over hele landet. (USPTO, der samarbejder med Smithsonian.com for at støtte historier om innovation ved Smithsonian Institution og videre, er også en sponsor for konkurrencen.) Ud over hardware, vinder førstepladsvinderne hjem $ 10.000 med yderligere $ 2.000 til deres rådgiver .
”Vores forældre er vores motivation, ” siger Pourtaheri på scenen efter meddelelsen. ”Vi er begge ikke født i USA. De bragte os hit og genstartede deres liv, så vi kan gøre, hvad vi vil, ”siger han. ”Når de sætter søjlen så højt, er det op til dig at gøre dem stolte, fordi du vil vise dem, hvor stolte af dem du er.”
Hans forskningspartner var enig, ”Jeg var ikke rigtig smart nok til at komme i en god folkeskole eller mellemskole, ” siger Shakeel. Så hans mor arbejdede i 12 år på sin skole i Pakistan, så han kunne komme ind og få en god uddannelse. ”Efter det er det mit ansvar at gøre alt, hvad jeg kan, med de muligheder, der er givet.”
Siden 1990 har Collegiate Inventors Competition anerkendt det hårde arbejde for både bachelor- og kandidatopfindere. I år vandt Carl Schoellhammer fra MIT kandidatafdelingen med sit arbejde på SuonoCalm, designet til at give mere effektiv rektal lægemiddelafgivelse - et såkaldt "21. århundredesema, " siger kemikeren i sin Twitter-klar forklaring. Andenpladsen i bachelorafdelingen gik til et team fra Columbia University, der arbejdede på Cathecare, et produkt designet til at eliminere mulighederne for infektioner ved levering af kateter.
Af finalisterne virkede AgroSpheres særlig banebrydende, siger Radia Pearlman, en datalogi, der er mest kendt for sin opfindelse af Spanning Tree Protocol (STP) og en af konkurrencedommere. ”At slippe af med pesticider er et utroligt vigtigt problem og dyb videnskab med hensyn til hvordan [de] rent faktisk gør det, ” siger hun.
Pesticider bruges voldsomt over hele verden - med global anvendelse på i alt ca. 5, 2 milliarder pund i både 2006 og 2007, ifølge en omfattende EPA-undersøgelse. Selvom disse forbindelser er gavnlige for udbytter og kvalitet af afgrøder, har de mange negative bivirkninger for både dyreliv og mennesker, såsom kræft.
Et af de største problemer, bemærker Shakeel, er, at udviklingslande har den største byrde ved brug af pesticider. I disse regioner er reglerne begrænsede. Børn er ofte en væsentlig del af arbejdsstyrken i landdistrikterne, og mange kan arbejde uden beskyttelsesudstyr eller tilstrækkelig træning.
”Vi er begge født i udviklingslande, ” forklarer Shakeel. ”Og vi var opmærksomme på de sociale problemer forbundet med brugen af pesticider - hvordan det påvirker landmændene mest.”
I USA håndhæver miljøbeskyttelsesagenturet (EPA) visse intervaller inden høsten (PHI'er) - eller tidsbehov mellem når pesticider anvendes og til afgrøderne høstes. Og selvom disse perioder tillader forbindelserne at nedbrydes til sikre niveauer for høsting, hvilket reducerer risikoen for arbejderne, kan de også bremse høsten og forårsage tab af afgrøder, hvis dårligt vejr sætter sig inden ventetiden er op.
AgroSpheres eliminerer behovet for PHI'er og fremskynder nedbrydningen af pesticider til et spørgsmål om timer i modsætning til uger eller endda måneder, siger Shakeel. Ideen tog frø for to år siden, efter at parret fik kendskab til et tidligere forsøg fra et UVA-team på at skabe ”biopartikler”, som er små biologisk oprettede kugler af enzymer, der kan interagere med og nedbryde andre forbindelser. Men denne forskning var afsluttet der, uden forfining af processen eller praktisk anvendelse af ideen.
”Det er et unikt tilfælde, hvor vi fandt løsningen inden problemet, ” siger Pourtaheri. Så de begyndte at foreslå måder at bruge det på. Da de henvendte sig til deres nuværende rådgiver, Mark Kester, meddirektør for NanoSTAR-instituttet på University of Virginia, vidste han, at de var på noget.
En af deres ideer var at bruge biopartiklerne til en mere effektiv eller målrettet levering af medikamenter, men medicinsk forskning i denne skala er en lang rækkefølge for enhver, ikke desto mindre studerende. Så Kester sagde til dem, ”Lad os tænke på nogle lettere slutspil her. Hvor er den lavthængende frugt? ”
Så de skiftede bogstaveligt talt til lavhængende frugt.
Payam Pourtaheri og Ameer Shakeel får deres universitetsrådgiver, Mark Kester, sammen efter Collegiate Inventors Competition-prisceremonien. (USPTO) Shakeel, Pourtaheri og deres teamkammerater konstruerede biologiske partikler, der nedbryder pesticider på planternes overflade. Deres første test af oprydning af pesticider foregår i vinmarkerne i Virginia.
Selvom produktet er patentventet - så detaljerne i den faktiske mekanisme og design af det er begrænset - AgroSpheres fungerer på grund af en vis vanskelig teknik, forklarer Kester.
Bakterier samler de specifikke enzymer, der er nødvendige for ikke-toksisk nedbrydning af pesticiderne til enkle forbindelser - sukker, fedt. Men teamet har formået at konstruere disse bakterier, som Kester kærligt omtaler som "bugs" for at kæmpe denne enzymcocktail i hopetid.
”Det, vi har fået bugten til at gøre, er ikke kun at fremstille det biologiske enzym, men faktisk sætte det i en 'slikbelagt" shell, der beskytter den, "forklarer han. Af særlig betydning er, at bakterierne gør dette uden at medtage noget af deres eget genetiske materiale. Dette betyder, at teamet kan adskille enzymerne og sprøjte disse biologiske "M & M'er" direkte på planterne forhøstet uden at bekymre sig om kontaminering eller bakterie replikation.
Idéen trækker fra begrebet "naturlig dæmpning" eller indeholder det kontaminerede område og tillader naturlige processer - som bakteriel nedbrydning - at nedbryde de giftige forbindelser til godartede komponenter. Men naturlig dæmpning tager ofte uger eller måneder, og AgroSpheres-teamet hævder at være i stand til at koncentrere de aktive enzymer for dramatisk at reducere tidslinjen for denne proces.
I det sidste år er deres team vokset til at omfatte i alt fem meget motiverede studerende på UVA. Tre er i deres sidste skoleår, hvor to har dimitteret sidste år. ”Du kan have en god idé, men hvis du ikke har et utroligt team, vil det mislykkes, ” siger Pourtaheri.
Produktet har en lang vej at gå, før det kommer på markedet og skal testes omfattende for at sikre, at kravene om ikke-toksicitet og miljøsikkerhed holdes i en kommerciel skala. Alligevel er teammedlemmerne rungende enige om, at de planlægger at fortsætte med at forfølge forskningen.
Forskerne har testet ideen i laboratoriet og kører nu forsøg i vinmarker og drivhuse for at finde ud af effektiviteten af metoden og hvor lang tid det tager enzymerne selv at nedbryde. I samarbejde med amerikanske reguleringsagenturer, herunder EPA, USDA og FDA, arbejder de på at opskalere processen for at gøre det muligt for industrielle anvendelser.
De håber at forbedre designet af biopartiklerne og gøre dem bedre og mere effektive, forklarer Joe Frank, der leder forskning og udvikling for virksomheden, der blev oprettet i marts, og er i sit sidste skoleår på UVA. De håber også på at udvide til andre anvendelser, herunder fordeling af andre potentielt farlige forbindelser.
På scenen spurgte Dougherty duoen, hvad der sker efter sejren.
”Vi har et møde i DC med en advokat [Intellektuel ejendomsret] kl. 02:30, ” siger Shakeel og kaster et blik ned på sit ur inden han griner.
