Tədqiqatçılar canlı hüceyrələrin iki vacib xüsusiyyətini təqlid edən içiboş CdS@polydopamin nanoreaktoru yaradıblar. Dizayn sintetik nanomaterialların içərisində hüceyrələrin bəzi yüksək dərəcədə mütəşəkkil kimyəvi funksiyalarını təkrar istehsal etmək üçün yeni bir yol təqdim edir.

Tapıntılar Amerika Kimya Cəmiyyətinin Jurnalında dərc edilib . Tədqiqata Çin Elmlər Akademiyasının (CAS) Dalian Kimyəvi Fizika İnstitutunun (DICP) professoru Li Can rəhbərlik edib və Daxili Monqolustan Universitetindəki professor Jian Liunun komandası ilə əməkdaşlıq edib.

Nanosölçüdə Hüceyrə Kimyasının Yenidən Yaradılması

Canlı hüceyrələr mürəkkəb biokimyəvi reaksiyaları müstəsna səmərəlilik və dəqiqliklə həyata keçirirlər. Onlar buna molekulların diqqətlə tənzimlənən şərtlər altında hərəkət edə, qarşılıqlı təsir göstərə və reaksiya verə biləcəyi sıx nəzarət edilən məkanlarda müxtəlif komponentləri yerləşdirməklə nail olurlar.

Alimlər hazırda eyni prinsipləri mühəndislik yolu ilə hazırlanmış nanomateriallara tətbiq etməyə çalışırlar. Nanohüceyrə mühəndisliyi kimi tanınan bu sahə, ixtisaslaşmış səthlərə və daxili məsamələrə və ya boşluqlara malik hüceyrəyəbənzər strukturlar yaratmağa çalışır. Tez-tez nanoreaktorlar adlanan bu sintetik sistemlər hüceyrə biologiyası və nanotexnologiyadan ideyaları bir araya gətirir.

Hüceyrədən İlhamlanan İki Xüsusiyyət

Yeni nanoreaktor iki əsas biomimetik elementdən ibarətdir.

Birincisi, polidopamin qabığında yerləşən dinamik katekol/o-benzokinon redoks cütüdür. Bu kimyəvi cüt aktiv proton pompası kimi işləmək əvəzinə, proton rölesini təmsil edir. Protonları dəfələrlə qəbul edib buraxmaqla, proton və elektron hərəkətinin sıx əlaqəli olduğu bir proses olan protonla əlaqəli elektron ötürülməsini (PCET) sürətləndirir.

İkinci xüsusiyyət nanoreaktorun bölmələrə ayrılmış quruluşudur. Nanomiqyaslı boşluq məsaməli bir qabıqla əhatə olunmuşdur və reaktivlərin toplana biləcəyi məhdud bir mühit əmələ gətirir. Bu arxitektura həmçinin molekulyar diffuziyanı dəstəkləyir və daxil olan fotonları tutur, bu da işığa əsaslanan reaksiyaların daha effektiv şəkildə getməsinə kömək edir.

Hidrogen Peroksid Fotosintezinin Təkmilləşdirilməsi

Birlikdə, bu xüsusiyyətlər oksigen reduksiyası və suyun oksidləşməsinin müxtəlif reaksiya sürətlərini tarazlaşdırmağa kömək edir, bu iki yarım reaksiya hidrogen peroksid istehsalı zamanı birlikdə işləməli olur.

Sulu məhlulda görünən işıq altında nanoreaktor 3,24 mmol gkat.-1 saat-1 H2O2 fotosintez sürətinə nail oldu. Həmçinin günəşdən kimyəvi çevrilmə səmərəliliyi 1,2% təşkil etdi.

Sistemin necə işlədiyini müəyyən etmək üçün tədqiqatçılar yerində spektroskopiya, fotokimyəvi analiz, sonlu element simulyasiyaları və nəzəri hesablamaları birləşdirdilər. Bu metodlar onlara hüceyrədən ilhamlanan prosesləri müşahidə etməyə və reaksiyadan məsul olan Z-sxemi heterokeçid əsaslı fotokatalitik mexanizmi aydınlaşdırmağa imkan verdi.

Günəş İşığı ilə Gücləndirilən Təkrar Emal Edilə Bilən Sistem

Tədqiqatçılar həmçinin nanoreaktorları ekoloji cəhətdən təmiz natrium alginat hidrogel matrisinə yerləşdirdilər. Bu, sabit performansı qoruyarkən təbii günəş işığı altında davamlı olaraq H2O2 sintez edə bilən bərk, təkrar emal edilə bilən fotokatalizatorlar istehsal etdi.

Professor Li bildirib ki, “Tədqiqatımız canlı hüceyrələrin mürəkkəb funksiyalarını getdikcə daha çox təkrarlayan biomimetik nanoreaktorların mühəndisliyi üçün yeni bir strategiya təqdim edir və süni fotosintez, enerji katalizi və sintetik kimya sahələrində yeni imkanlar açır”.