تبدیل دیاکسیدکربن به دارو با برگ مصنوعی جدید
پژوهشگران دانشگاه کمبریج موفق به توسعه دستگاهی خورشیدی شدهاند که فرآیند فتوسنتز را شبیهسازی کرده و میتواند با استفاده از نور خورشید، آب و دیاکسیدکربن، سوختها و ترکیبات شیمیایی ارزشمند تولید کند. این برگ نیمهمصنوعی غیرسمی قادر است بهصورت مداوم و با بازده بالا کار کند و ترکیبات دارویی با خلوص زیاد بسازد؛ دستاوردی که میتواند جایگزین سوختهای فسیلی در صنایع شیمیایی شده و راه را برای عصر جدیدی از شیمی سبز هموار کند.
گامی بزرگ در شیمی پایدار
به گزارش برنا، صنعت جهانی شیمی یکی از ستونهای اصلی اقتصاد است که هزاران محصول از جمله پلاستیک، لوازم آرایشی، رنگ، دارو، کود و محصولات پاککننده را تولید میکند. این صنعت، اما با اتکا به منابع کربنسنگین نظیر سوختهای فسیلی حدود ۶ درصد از کل انتشار کربن جهانی را به خود اختصاص داده است. اکنون تیمی از محققان دانشگاه کمبریج با هدف غیرفسیلیسازی این صنعت حیاتی، روشی نوآورانه برای تولید مواد شیمیایی پایدار ارائه کردهاند.
برگ نیمهمصنوعی؛ تقلید هوشمند از طبیعت
این گروه پژوهشی سامانهای ترکیبی طراحی کردهاند که پلیمرهای آلی جذبکننده نور را با آنزیمهای باکتریایی ادغام میکند تا نور خورشید، آب و دیاکسیدکربن را به فرمت نوعی سوخت پاک تبدیل کند که میتواند واکنشهای شیمیایی دیگر را به حرکت درآورد.
این برگ مصنوعی با تقلید از فرایند فتوسنتز طبیعی گیاهان بدون نیاز به منبع برق خارجی کار میکند. برخلاف نسخههای پیشین که از مواد سمی یا ناپایدار ساخته میشدند، این مدل زیستهیبریدی جدید ایمنتر، بادوامتر و کارآمدتر است و برای عملکرد مناسب نیازی به افزودنیهای شیمیایی ندارد.
تبدیل CO₂ به ترکیبات دارویی با خلوص بالا
در آزمایشها پژوهشگران با استفاده از نور خورشید توانستند دیاکسیدکربن را به فرمت تبدیل کنند و سپس همان فرمت را در زنجیرهای از واکنشهای شیمیایی به کار ببرند تا ترکیب دارویی مهمی با بازده و خلوص چشمگیر تولید شود.
این پژوهش که نتایج آن در نشریه Joule منتشر شده است، نخستین نمونه از کاربرد نیمهرساناهای آلی بهعنوان جزء جذبکننده نور در چنین سامانه زیستهیبریدی محسوب میشود و دریچهای بهسوی نسل جدیدی از برگهای مصنوعی پایدار میگشاید.
گامی به سوی فتوسنتز مصنوعی پاک
گروه تحقیقاتی به سرپرستی اروین ریزنر در دپارتمان شیمی یوسف حمید دانشگاه کمبریج، سالهاست بر توسعه برگهای مصنوعی تمرکز دارد که بتوانند بدون استفاده از سوختهای فسیلی نور خورشید را به سوختها و مواد شیمیایی تبدیل کنند. با این حال بسیاری از طراحیهای پیشین به کاتالیزورهای مصنوعی یا نیمهرساناهای معدنی وابسته بودند که سریع تخریب میشدند یا حاوی عناصر سمی مانند سرب بودند.
به گفته سلین یونگ، نویسنده اول مقاله، اگر بتوانیم از عناصر آلی و غیرسمی استفاده کنیم واکنش شیمیایی تمیزتری خواهیم داشت و تنها یک محصول نهایی بهدست میآید، بدون واکنشهای جانبی ناخواسته. این دستگاه بهترین ویژگیهای هر دو دنیا را ترکیب کرده است: نیمهرساناهای آلی قابل تنظیم و غیرسمی هستند و بیوکاتالیزورها (آنزیمها) گزینشپذیری و بازده بسیار بالایی دارند.
حل معمای پایداری آنزیمها
یکی از چالشهای همیشگی در این نوع سامانهها، نیاز به مواد شیمیایی موسوم به بافرها برای پایداری آنزیمها بود؛ موادی که بهسرعت تجزیه میشدند و پایداری سیستم را کاهش میدادند. تیم کمبریج با تعبیه آنزیم کمکی کربنیک انهیدراز در ساختار متخلخل تیتانیا توانست سامانهای طراحی کند که تنها در محلول بیکربنات ساده مشابه آب گازدار کار کند و نیازی به افزودنیهای ناپایدار نداشته باشد.
به گفته یونگپنگ لیو از پژوهشگران این پروژه، ما مجموعهای از اجزا را کنار هم قرار دادهایم که باید هماهنگ عمل کنند. مدت زیادی طول کشید تا بفهمیم چگونه باید آنزیم را روی الکترود تثبیت کنیم، اما حالا نتایج تلاشهایمان را میبینیم.
آزمایشها نشان داد که این برگ مصنوعی جریانهای الکتریکی بالا و بازده تقریبا کامل در هدایت الکترونها به واکنشهای تولید سوخت دارد. این دستگاه بیش از ۲۴ ساعت یعنی دو برابر طول عمر نسخههای پیشین بدون افت عملکرد کار کرد.
پژوهشگران اکنون در تلاشاند تا عمر دستگاه را بیشتر کنند و امکان تولید انواع مختلفی از محصولات شیمیایی را با همین فناوری فراهم سازند.
ریزنر در پایان گفت: ما نشان دادهایم که میتوان دستگاههای خورشیدی ساخت که هم کارآمد و بادوام باشند و هم عاری از مواد سمی یا ناپایدار. این فناوری میتواند پایهای برای تولید سوختها و مواد شیمیایی سبز در آینده باشد فرصتی واقعی برای انجام شیمی هیجانانگیز و مهم.
انتهای پیام/
