محققان آزمایشگاه برکلی توانستند با به کارگیری یک نوع باکتری، سیستمی مصنوعی برای فتوسنتز بسازند که به کمک آن می‌توان با استفاده از نور خورشید، محصولات شیمیایی با ارزش تولید کرد.
به گزارش سرویس فناوری ایسنا در قدم اول، پژوهشگران با استفاده از فتوسنتز مصنوعی موفق به ساخت اسیداستیک (سرکه) شدند.
فتوسنتز فرآیندی است که طبیعت به کمک آن با جذب نور خورشید به تولید کربوهیدرات‌ها از کربن دی‌اکسید و آب می‌پردازد. برای بهره‌برداری از این فرآیند طبیعی، دانشمندان درصدد ساخت سیستم‌هایی هستند که بتواند فتوسنتز مصنوعی انجام دهد. وجود سیستم‌های فتوسنتز مصنوعی به محققان کمک می‌کند تا مواد شیمیایی مورد نیاز خود را از راه خورشید به دست آورند و این کار را به‌گونه‌ای پاک و سازگار با محیط انجام دهند.
پیدونگ یانگ، شیمیدان بخش علم مواد آزمایشگاه برکلی که مسوولیت این پروژه را برعهده دارد، می‌گوید: «فرآیند فتوسنتز خودکار با به کارگیری باکتری «مورلا ترمواستیکا» (Moorella thermoacetica) - گونه ای باکتری از شاخه فیرمیکوت‌ها یا سخت‌پوستان که به‌طور ذاتی قابلیت فتوسنتز ندارد - قابل انجام است. این کار با استفاده از نانوذرات سولفید کادمیم برای تولید اسید استیک از کربن دی‌اکسید با کارایی بالا انجام می‌شود. همچنین این روش در مقایسه با ظرفیت فتوسنتز طبیعی، عملکرد یکسان و حتی بهتر از خود نشان می‌دهد.»
این سیستم مصنوعی فتوسنتز هیبریدی به صورت تلفیقی از مواد نیمه‌رسانا و باکتری بوده که در آن نانوذرات سولفید کادمیم، طی فرآیند ته‌نشینی زیستی به عنوان جاذب نور خورشید عمل می‌کنند تا متابولیسم سلولی را به‌طور پایدار فراهم کنند. کشف توانایی سایبرژین (cyborgian) - ماده‌ای که شامل هر دو اجزای آلی و مکانیکی است - در تقویت خودکار عملکرد سیستم‌های زیستی در حوزه شیمی مواد غیرآلی، نقطه آغازی است که امکان یکپارچه‌سازی اجزای زنده و غیرزنده نسل بعدی فناوری‌های پیشرفته تبدیل انرژی خورشیدی به مواد شیمیایی را فراهم می‌کند.
یانگ این‌گونه این روش را توضیح می‌دهد: «در مطالعات اخیر توانستیم قابلیت بالای جذب نور توسط یک ماده غیرآلی و نیمه‌رسانا را با مشخصات ویژه و هزینه کم یک کاتالیست زیستی خودترمیم‌شونده، ترکیب کنیم.»
وی افزود: «با القای ویژگی فتوسنتز خودکار به باکتری مورلا ترمواستیکا توسط نانوذرات سولفید کادمیم، توانستیم اسید استیک را از دی اکسید کربن با استفاده از فتوسنتز تولید کنیم. این فرآیند طی چند روز دوره تاریکی و روشنایی با کارایی نسبتا بالایی انجام پذیرفت. این روش بیانگر مسیری به سمت کاهش کربن‌دی‌اکسید موجود در هوا از طریق فرآیندهای تبدیل انرژی خورشیدی به مواد شیمیایی است.»
سولفید کادمیم یک ماده نیمه‌رسانا بوده که ساختار نواری دارد و برای فتوسنتز گزینه مناسبی است. از آنجایی که باکتری مورلا ترمواستیکا ماده‌ای الکتروگراف (به این معنا که می‌تواند تحت انتقال مستقیم الکترون از یک الکترود قرار گیرد) و استوژن (به این معنا که می‌تواند حدود 90 درصد از محصولات فتوسنتز را به سمت اسید استیک سوق دهد) است، به‌عنوان مدل ارگانیسم ایده‌آلی برای آشکارسازی قابلیت‌های این سیستم فتوسنتزی مصنوعی به کار می‌رود.
به گفته یانگ: «در این تحقیقات ما توانستیم نشان دهیم که زیست‌موادها نه تنها کیفیت کافی برای انجام مناسب فرآیندهای فتوشیمیایی را دارند بلکه در بعضی جوانب حتی مزایای بیشتری در کاربردهای زیستی دارند.»
هزینه این تحقیقات توسط دفتر علوم سازمان انرژی آمریکا تامین شده‌است.
انتهای پیام
نظرات