استفاده از ویروس‌ها در تجزیه آب

گیاهان از انرژی نور خورشید برای تجزیه آب استفاده کرده و سوخت شیمیایی مورد نیاز برای رشد خود را تولید می‌کنند. حال گروهی از محققان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) روش جدیدی برای تقلید از این فرایند یافته‌اند. آنها از یک ویروس تغییریافته به‌عنوان یک چارچوب زیستی برای سوار کردن قطعات نانومقیاسی که برای تجزیه آب به اتم‌های اکسیژن و هیدروژن مورد نیاز هستند، استفاده کردند. مشکل اصلی انرژی خورشیدی این است که تنها زمان تابش خورشید وجود دارد. تجزیه آب یکی از راه‌حل‌های این مشکل است. اگر از انرژی خورشیدی برای تولید هیدروژن بهره ببریم، می‌توانیم هر زمان‌که لازم باشد از هیدروژن تولید شده به‌‌صورت گاز در پیل‌های سوختی و یا به‌‌صورت سوخت مایع در خودروها استفاده کنیم. محققان دیگر از الکتریسیته تولید شده به‌وسیله‌ی صفحات خورشیدی برای تجزیه آب بهره برده‌اند، اما در این سامانه جدید حدواسط‌ها حذف شده و به‌‌طور مستقیم از نور خورشید برای انجام این واکنش استفاده می‌شود. این گروه از محققان به رهبری دکتر آنجلا بلکر یک ویروس بی‌خطر به نام M13 را به روش مهندسی تولید کردند؛ این ویروس مولکول‌های کاتالیزور (در این مورد اکسید ایریدیوم) و یک ماده رنگی زیستی (پورفیرین‌های روی) را جذب کرده و به آنها پیوند می‌یابد. بدین ترتیب به ابزار سیم‌مانندی تبدیل می‌شود که می‌تواند به‌‌خوبی اکسیژن را از آب جدا کند. با این حال این ویروس‌ها با گذشت زمان کنار هم به صورت توده‌ای جمع شده و کارایی خود را از دست می‌دهند. محققان برای حل این مشکل یک مرحله دیگر نیز به‌‌کار خود اضافه کردند: آنها ساختارهای سیم‌مانند ایجاد شده را درون یک بستر میکروژلی کپسوله کردند تا ساختار و در نتیجه کارایی آنها حفظ شود. با وجودی که هیدروژن به دست آمده از واکنش تجزیه آب گازی است که به‌‌عنوان سوخت مصرف می‌شود، دشواری این کار به نیم‌واکنش جدا کردن اکسیژن از آب برمی‌گردد و بنابراین گروه بکلر روی این نیم‌واکنش تمرکز داشتند. او می‌گوید: «گیاهان و سیانوباکتری‌ها دارای یک سامانه فتوسنتزی پیشرفته و سازمان‌یافته برای اکسیداسیون موثر آب هستند». محققان دیگر تلاش کرده‌اند از بخش فتوسنتزی گیاهان برای استفاده مستقیم از نور خورشید بهره ببرند، اما این مواد دارای مشکل پایداری هستند. بکلر به جای استفاده از اجزای گیاهان، از روش آنها بهره برد. در سلول‌های گیاهان از رنگدانه‌های طبیعی برای گرفتن نور خورشید و از کاتالیزورها برای بهبود واکنش تجزیه آب استفاده می‌شود. بکلر و گروه وی نیز همین روش را به‌‌کار بردند. جزئیات این تحقیق در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.

http://www.physorg.com/news190207460.html