ساخت نانو رآکتور هیدروژنی با استفاده از ویروس و باکتری

محققان دانشگاه ایندیانا نوعی ماده زیستی شبیه به ویروس ساختند که در فرآیند تولید هیدروژن با قیمت ارزان به عنوان یک کاتالیزور عمل می کند. این فناوری می تواند منجر به شناسایی راهکارهایی برای تولید سوخت زیستی با استفاده از روش های سازگار با محیط زیست شود.

کد خبر: ۹۶۷۴۶

تاریخ: ۱۶ دی ۱۳۹۴ - ۱۱:۰۵

به گزارش از ساینس، این ماده زیستی که P22-Hyd نام دارد، از طریق قراردادن نوعی آنزیم تغییریافته درون پوسته پروتئینی محافظ یک ویروس موسوم به Bacteriaphage22 ساخته شده است. در نتیجه این اقدام، یک نانورآکتور کاتالیزور ساخته می شود که کارآیی آن 150 برابر حالت طبیعی آنزیم است.

برای تغییر ساختار آنزیم، دو نمونه از ژن های نوعی باکتری عادی موسوم به اشریشیا کولای به نام های hyaA و hyaB، با کلیدهای ژنتیکی درون آنزیم هیدروژناز جایگزین شدند.

با به کارگیری این نانورآکتور، با استفاده از یک فرآیند بسیار ساده تر از فرآیندهای متداول در تولید سلول های سوختی، از جمله بهره گیری از پلاتین به عنوان کاتالیزور، می توان با قیمتی بسیار ارزان تر، هیدروژن تولید کرد.

ترور داگلاس‏، یکی از شیمیدانان دانشگاه ایندیانا در این رابطه گفت: «اساسا ما توانایی ساماندهی واحدهای سازنده ساختار ژنتیکی یک ویروس را برداشته و یک آنزیم حساس و شکننده را که قادر است پروتون ها را جذب و گاز هیدروژن تولید کند‏، درون آن قرار داده ایم. در نتیجه این کار ماده ای شبیه به ویروس به دست آوردیم که با ظرفیت بسیار بالا قادر است فرآیند تولید هیدروژن را تسریع کند.

کارآیی این ماده زیستی با پلاتین رقابت می کند‏، اما قابلیت جایگزینی بسیار بالاتری دارد. این ماده نیازی به اکتشاف و استخراج از معادن ندارد و به سادگی می توان آن را در دمای اتاق و با استفاده از فناوری های موجود، تولید کرد. این ماده در محیط زیست تجزیه می شود و برای تولید آن از یک فرآیند سبز استفاده می شود. این ویژگی ها P22-Hyd را به یک منبع پایدار برای تولید هیدروژن تبدیل می کند.»

ماده P22-Hyd علاوه بر تسریع فرآیند شکست پیوندهای شیمیایی آب برای تولید گاز هیدروژن، قادر است فرایند ترکیب هیدروژن و اکسیژن را نیز تسریع کند و در نتیجه امکان تامین توان را نیز فراهم می کند.

آنزیم هیدروژناز مورد استفاده در این فرآیند، NiFe است که یکی از سه حالت موجود آن در طبیعت و مناسب ترین گزینه برای فرآیند موردنظر محسوب می شود. این آنزیم به سادگی با مواد زیستی ترکیب شده و در برابر اکسیژن مقاوم است. نمونه تغییریافته این آنزیم در برابر گرما و مواد شیمیایی محیط، مقاومت بسیار بالایی دارد.

به گفته داگلاس:«با وجود قابلیت فوق العاده هیدروژناز برای تولید سوخت زیستی، تا کنون هیچ کس نتوانسته است مقادیر زیادی از این آنزیم را برای مصارف صنعتی تولید کند. اما ما توانستیم راهکاری بیابیم که در یک فرآیند پایدار، مقادیر بسیار زیادی از این آنزیم تولید می شود و کارآیی بسیار بالایی نیز دارد.»

گزارش کامل این تحقیقات در نشریه Nature Chemistry منتشر شده است.