Какво точно са създали?
Представи си една микроскопична кухина сфера — толкова малка, че е трудна за въображение. Нейната обвивка е вдъхновена от начина, по който мидичетата се залепват за скалите. Вътре учените са направили нещо, което наричат нанореактор — всъщност миниатюрна химическа работилница, която заимства трикове от природата.
Екипът, ръководен от проф. Ли Кан от Института по химическа физика в Далян, публикува резултатите си в Journal of the American Chemical Society. И това, което са постигнали, е наистина впечатляващо.
Защо изобщо се опитваме да копираме клетки?
Живите клетки са невероятни химически фабрики. В една клетка протичат хиляди реакции едновременно, с точност и ефективност, които нашите най-добри лаборатории едва успяват да постигнат. Тайната? Всичко е организирано в малки отделения, като молекулите се движат точно там, където трябва.
Учените се опитват да създадат такава молекулярна организация в синтетични материали от години. Защо? Защото ако можем да изградим изкуствени системи, работещи като клетки, бихме могли да правим химия много по-ефективно — включително да произвеждаме полезни вещества само със слънева енергия.
Двата хитри трика на нанореактора
Екипът е дал на творението си две характеристики, които го карат да работи като клетка.
Първият трик: система за пренасяне на протони. Обвивката на нанореактора съдържа специална химическа двойка, която може да хваща и пуска протони многократно. Представи си я като молекулярен транспорт — помага за бързото движение на протони, а това ускорява цялата реакция. В живите клетки подобни системи управляват пренасянето на енергия, а сега учените са изградили синтетична версия.
Вторият трик: обособени отделения. Нанореакторът не е плътна частица — той е кух, с пореста обвивка около празното пространство. Така се създава малък джоб, където молекулите могат да се събират, да си взаимодействат и да реагират. Прилича на това как клетката разделя различните процеси в различни органели. Тази изолираност прави реакциите по-ефективни.
От слъниевата светлина — към водороден пероксид
Сега за практическата част: какво всъщност прави този нанореактор?
Произвежда водороден пероксид — онази течност, която вероятно държиш в кафява бутилка под мивката. Но водородният пероксид е всъщност много полезен. Използва се в избелването на хартия, в пречистването на отпадъчни води, като дезинфектант. Проблемът е, че обикновеното му производство изисква скъпо оборудване и много енергия.
Този нанореактор? Той произвежда водороден пероксид само със слъниева светлина и вода. Без изкопаеми горива, без големи енергийни вложения — само старото добро слъние прави тежката работа.
Цифрите за представянето са доста впечатляващи за такъв тип изследвания. При видима светлина системата произвежда водороден пероксид със скорост 3,24 милимола на грам за час, а ефективността на преобразуване на слъниева енергия в химическа стига 1,2%. Може да звучат като малки числа, но за фоталитична система от този вид са наистина добри.
За да стане приложимо в реалния свят
Това, което много ми харесва в това изследване: учените не просто са направили готин лабораторен експеримент. Те са направили още една крачка и са вградили нанореакторите в матрица от натриев алгинат хидрогел — всъщност желеподобен материал, който е екологично чист.
Така системата се превръща в твърд, рециклируем фотокатализатор, който може непрекъснато да произвежда водороден пероксид с истинска природна слъниева светлина. Това е нещото, което в крайна сметка може да бъде мащабирано за реални приложения — дали за производство на химикали за индустрията, или за почистване на замърсени води.
Какво означава всичко това?
Проф. Ли го каза добре: това открива „нови възможности в изкуственото фотосинтезиране, енергийната катализа и синтетичната химия". И мисля, че имат право да са развълнувани.
Няма да видим фабрики за водороден пероксид, захранвани от тези нанореактори, следващата година. Но това изследване представлява важна стъпка напред в способността ни да създаваме изкуствени системи, работещи като природата — ефективно, устойчиво и с невероятна прецизност.
Понякога най- вдъхновяващата наука не е за това да заменим природата, а да се учим от нея. И в този случай учените са взели две страници от учебника по биология и са създали нещо наистина ново.
Доста готино, нали? Идеята, че можем да строим микроскопични фабрики, работещи като клетки — използващи слъниевата светлина, за да произвеждат полезни вещества — ни кара да се чувстваме сякаш живеем в бъдещето.