Oppe på scenen åpnet Elizabeth Dougherty det brettede papiret, folieforseglingen flimrende i lysene. "Og vinneren er, " gikk hun til pause for dramatisk effekt, "fra University of Virginia ...."
Men ingenting mer kunne høres, kik og jubel tilslørte ordene hennes. Fists ble pumpet i luften, tårene raste ut.
Dette seirende øyeblikket tilhørte et team av studenter og deres rådgiver, som deltok i Collegiate Inventors Competition på US Patent and Trademark Office sitt hovedkvarter i Alexandria, Virginia. Dougherty, USPTOs direktør for oppfinneropplæring, oppsøkende og anerkjennende, og andre tilstedeværende hedret Ameer Shakeel og Payam Pourtaheri for deres gruppes revolusjonerende produkt AgroSpheres, skapt med et mål om å eliminere de skadelige bivirkningene av plantevernmidler over hele verden.
Duoen trappet opp på scenen og fliret ufortrødent da de tok de tunge gullmedaljene som ble gitt dem som sammenlagtvinnerne i konkurransens undergradsdivisjon. Denne svært konkurransedyktige, landsdekkende konkurransen oppmuntrer til "innovasjon, entreprenørskap og kreativitet", som viser fremadgående, studentledede prosjekter fra høyskoler og universiteter over hele landet. (USPTO, som samarbeider med Smithsonian.com for å støtte historier om innovasjon ved Smithsonian Institution og videre, er også sponsor for konkurransen.) I tillegg til maskinvaren, tar førsteplassvinnerne hjem $ 10.000 med ytterligere $ 2000 for sin rådgiver. .
"Foreldrene våre er vår motivasjon, " sier Pourtaheri på scenen etter kunngjøringen. ”Vi er begge ikke født i USA. De brakte oss hit og startet livene sine på nytt slik at vi kan gjøre det vi vil gjøre, sier han. "Når de setter baren så høyt, er det opp til deg å gjøre dem stolte, fordi du vil vise dem hvor stolte av dem du er."
Forskningspartneren hans var enig, "Jeg var egentlig ikke smart nok til å komme inn på en god barneskole eller ungdomsskole, " sier Shakeel. Så moren jobbet i 12 år på skolen sin i Pakistan slik at han kunne komme inn og få en god utdanning. "Etter det er det mitt ansvar å gjøre alt jeg kan med mulighetene som blir gitt."
Siden 1990 har Collegiate Inventors Competition anerkjent det harde arbeidet for både grunnleggende og hovedfaglige oppfinnere. I år vant Carl Schoellhammer fra MIT hovedfagsdivisjonen med sitt arbeid på SuonoCalm, designet for å gi mer effektiv avlevering av endetarmsmedisin - et såkalt “1900-talls klyster”, sier kjemikalieingeniøren i sin Twitter-klare forklaring. Andreplassen i undergraduate divisjon gikk til et team fra Columbia University, som arbeidet med Cathecare, et produkt designet for å eliminere muligheter for infeksjoner ved medisinering av kateter.
Av finalistene virket AgroSpheres spesielt banebrytende, sier Radia Pearlman, en dataforsker som er mest kjent for sin oppfinnelse av Spanning Tree Protocol (STP) og en av konkurransedommerne. "Å bli kvitt plantevernmidler er et utrolig viktig problem, og dypt vitenskap når det gjelder hvordan [de] faktisk gjør det, " sier hun.
Plantevernmidler brukes voldsomt over hele verden - med global bruk på totalt 5, 2 milliarder pund i både 2006 og 2007, ifølge en omfattende EPA-studie. Selv om disse forbindelsene er gunstige for avlinger og kvalitet på avlinger, har de mange negative bivirkninger for både dyr og mennesker, som kreft.
Et av de største problemene, konstaterer Shakeel, er at utviklingsland har den største belastningen med bruk av plantevernmidler. I disse regionene er forskriftene begrenset. Barn er ofte en vesentlig del av arbeidsstyrken på landsbygda, og mange jobber kanskje uten verneutstyr eller tilstrekkelig opplæring.
"Vi er begge født i utviklingsland, " forklarer Shakeel. "Og vi var klar over de sosiale problemene knyttet til bruk av plantevernmidler - hvordan det påvirker bøndene mest."
I USA håndhever Environmental Protection Agency (EPA) visse intervaller før høsting (PHIs) - eller tidskrav mellom når plantevernmidler brukes og når avlingene høstes. Og selv om disse periodene lar forbindelsene brytes ned til trygge nivåer for høsting, noe som reduserer risikoen for arbeiderne, kan de også bremse høsten og forårsake avlingstap hvis dårlig vær setter seg inn før ventetiden er oppe.
AgroSpheres eliminerer behovet for PHI-er, og fremskynder nedbrytningen av plantevernmidler til noen få timer i motsetning til uker eller til og med måneder, sier Shakeel. Ideen tok frø for to år siden etter at paret fikk vite om et tidligere forsøk fra et UVA-team for å lage "biopartikler", som er små biologisk opprettede baller av enzymer som kan samhandle med og bryte ned andre forbindelser. Men den forskningen hadde endt der, uten foredling av prosessen eller praktisk anvendelse av ideen.
"Det er et unikt tilfelle der vi fant løsningen før problemet, " sier Pourtaheri. Så de begynte å foreslå måter å bruke det på. Da de henvendte seg til sin nåværende rådgiver, Mark Kester, meddirektør for NanoSTAR-instituttet ved University of Virginia, visste han at de var på noe.
En av ideene deres var å bruke biopartiklene for mer effektiv eller målrettet levering av medisiner, men medisinsk forskning på den skalaen er en høy rekkefølge for alle, likevel studenter. Så Kester sa til dem, “La oss tenke på noen enklere sluttspill her. Hvor er den lavthengende frukten? ”
Så de byttet bokstavelig talt til lavthengende frukt.
Payam Pourtaheri og Ameer Shakeel får selskap av sin universitetsrådgiver, Mark Kester, etter prisutdelingen for Collegiate Inventors Competition. (USPTO) Shakeel, Pourtaheri og deres lagkamerater konstruerte biologiske partikler som bryter ned sprøytemidler på overflaten av planter. Deres første tester av renholdet av plantevernmidler skjer i vinmarkene i Virginia.
Selv om produktet er patentsøkt - så detaljene om den faktiske mekanismen og utformingen av det er begrenset - fungerer AgroSpheres på grunn av litt vanskelig prosjektering, forklarer Kester.
Bakterier samler de spesifikke enzymer som er nødvendige for ikke-toksisk å nedbryte plantevernmidlene til enkle forbindelser - sukker, fett. Men teamet har klart å konstruere disse bakteriene, som Kester kjærlig omtaler som "bugs", for å kvise ut denne enzymcocktailen i hopetall.
"Det vi har fått feilen å gjøre, er ikke bare å lage det biologiske enzymet, men faktisk legge det inn i et 'godteribeskyttet' skall som beskytter det, " forklarer han. Av spesiell betydning er at bakteriene gjør dette uten å inkludere noe eget genetisk materiale. Dette betyr at teamet kan skille ut enzymene og spraye disse biologiske “M & M’ene” direkte på plantene før høsting uten å bekymre seg for forurensning eller bakteriell replikasjon.
Ideen henter fra begrepet "naturlig demping" eller inneholder det forurensede området og lar naturlige prosesser - som bakteriell nedbrytning - degradere de giftige forbindelsene til godartede komponenter. Men naturlig demping tar ofte uker eller måneder, og AgroSpheres-teamet hevder å være i stand til å konsentrere de aktive enzymene for å dramatisk redusere tidslinjen for denne prosessen.
Det siste året har teamet vokst til å omfatte totalt fem svært motiverte studenter ved UVA. Tre er i det siste året på skolen, med to som har uteksaminert seg den siste våren. "Du kan ha en god idé, men hvis du ikke har et utrolig team, vil det mislykkes, " sier Pourtaheri.
Produktet har en lang vei å gå før det skal markedsføres og må testes grundig for å sikre påstandene om ikke-giftighet og miljøsikkerhet i en kommersiell skala. Likevel er teammedlemmene overveldende enige om at de planlegger å fortsette å forske.
Forskerne har testet ideen i laboratoriet og kjører nå forsøk i vingårder og drivhus for å finne ut effektiviteten til metoden og hvor lang tid det tar enzymer i seg selv å forringe. I samarbeid med amerikanske reguleringsbyråer, inkludert EPA, USDA og FDA, jobber de for å oppskalere prosessen for å gjøre den mulig for applikasjoner i industriell skala.
De håper å forbedre utformingen av biopartiklene, og gjøre dem bedre og mer effektive, forklarer Joe Frank, som leder forskning og utvikling for selskapet, som ble etablert i mars, og er i sitt siste skoleår på UVA. De håper også å utvide til andre bruksområder, inkludert nedbrytning av andre potensielt farlige forbindelser.
På scenen spurte Dougherty duoen hva som skjer etter seieren.
"Vi har et møte i DC med en advokat [Intellektuell Eiendom] klokken 02:30, " sier Shakeel og kaster et blikk på klokken før han ler.
