แทนที่จะออกแบบวัสดุใหม่จากล่างขึ้นบน นักวิทยาศาสตร์บางคนกำลังนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในธรรมชาติมาใช้ใหม่ นั่นคือ เอนไซม์ ภายในสิ่งมีชีวิต เอ็นไซม์มีส่วนเกี่ยวข้องกับทุกสิ่งตั้งแต่การคัดลอกสารพันธุกรรมไปจนถึงการย่อยสลายอาหารและสารอาหารเอ็นไซม์มีข้อดีบางประการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา MG Finn นักเคมีจาก Georgia Tech กล่าว พวกมันมักจะมีความเฉพาะเจาะจงมากสำหรับปฏิกิริยาใดปฏิกิริยาหนึ่ง ดังนั้นพวกมันจะไม่เปลืองพลังงานมากพอที่จะขับเคลื่อนปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่ต้องการ และเนื่องจากสามารถวิวัฒนาการได้ เอ็นไซม์จึงสามารถปรับแต่งให้ตอบสนองความต้องการที่แตกต่างกันได้
ด้วยตัวของมันเอง เอ็นไซม์อาจเปราะบาง
เกินกว่าจะใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตได้ เทรเวอร์ ดักลาส นักเคมีจากมหาวิทยาลัยอินเดียนาในบลูมิงตันกล่าว สำหรับวิธีแก้ปัญหา ทีมของเขามองหาไวรัส ซึ่งบรรจุเอนไซม์และโปรตีนอื่นๆ ไว้ในเคสป้องกันอยู่แล้ว
“เราสามารถใช้ส่วนต่างๆ เหล่านี้เพื่อทำให้เอ็นไซม์เสถียร เพื่อปกป้องพวกมันจากสิ่งที่อาจเคี้ยวมันในสิ่งแวดล้อม” ดักลาสกล่าว นักวิจัยกำลังสร้างแบคทีเรียเพื่อผลิตแคปซูลที่ได้รับแรงบันดาลใจจากไวรัส ซึ่งสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการใช้งานที่หลากหลาย
รับจากธรรมชาติ
นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบแบคทีเรียเพื่อสูบฉีดตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่เรียกว่าเอนไซม์ไฮโดรเจน (สีแดงและสีเขียว) ที่บรรจุอยู่ภายในปลอกป้องกัน (สีน้ำเงิน) บรรจุภัณฑ์สามารถช่วยให้เอนไซม์ที่เปราะบางทำงานเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม
ตัวเร่งปฏิกิริยาแบคทีเรีย
PC JORDAN ET AL/ NATURE CHEMISTRY 2016
ทีมของเขาส่วนใหญ่ใช้เอนไซม์ที่เรียกว่าไฮโดรเจนเนส แต่เอนไซม์อื่นๆ ก็สามารถทำงานได้เช่นกัน นักวิจัยได้ใส่คำแนะนำทางพันธุกรรมสำหรับการผลิตเอนไซม์และสำหรับการสร้างสารเคลือบป้องกันแบคทีเรียEscherichia coli แบคทีเรียเข้าสู่โหมดการผลิต โดยสูบอนุภาคที่มีเอนไซม์ไฮโดรเจนเนสที่มีการป้องกันอยู่ภายในดักลาสและเพื่อนร่วมงานรายงานเมื่อปีที่แล้วในNature Chemistry สารเคลือบป้องกันจะเก็บเอ็นไซม์ที่เป็นก้อนไว้ แต่ช่วยให้โมเลกุลที่พวกมันเข้าไปช่วยเข้าและออก
“สิ่งที่เราทำคือร่วมมือกันเลือกกระบวนการทางชีววิทยา” ดักลาสกล่าว “สิ่งที่เราต้องทำคือทำให้แบคทีเรียเติบโตและเปิดยีนเหล่านี้” เขาชี้ให้เห็นแบคทีเรียมีแนวโน้มที่จะเติบโตได้ค่อนข้างง่าย เป็นระบบที่ยั่งยืน และเป็นระบบที่ปรับให้เข้ากับปฏิกิริยาต่างๆ ได้ง่ายโดยการเปลี่ยนเอนไซม์หนึ่งไปสู่อีกเอนไซม์หนึ่ง
เขาพบว่าอนุภาคที่ประกอบด้วยเอนไซม์สามารถเร่งสร้างเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้ แต่ก็ยังมีความท้าทายทางเทคนิคอยู่: ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้มีอายุเพียงไม่กี่วัน และการหาวิธีเปลี่ยนภายในอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภคนั้นเป็นเรื่องยาก
นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ กำลังใช้เอนไซม์ที่มีอยู่เป็นแม่แบบสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ออกแบบเอง เอนไซม์ไฮโดรจีเนสในตระกูลเดียวกันกับที่ดักลาสบรรจุลงในแคปซูลอาจเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าเอนไซม์จากธรรมชาติ
หนึ่งในไฮโดรเจนเหล่านี้มีแกนเหล็กบวกกับเอมีน – อะตอมที่ประกอบด้วยไนโตรเจน – ห้อยอยู่ เช่นเดียวกับที่ไนโตรเจนทำงานในท่อนาโนคาร์บอนของ Dai ส่งผลต่อวิธีที่อิเล็กตรอนถูกกระจายไปทั่ววัสดุ เอมีนจะเปลี่ยนวิธีที่โมเลกุลที่เหลือทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
Morris Bullock นักวิจัยจาก Pacific Northwest National Laboratory ในเมืองริชแลนด์ รัฐวอชิงตัน กำลังพยายามค้นหาว่าปฏิสัมพันธ์นั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร เขาและเพื่อนร่วมงานกำลังสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะราคาถูกและมีอยู่มากมาย เช่น เหล็กและนิกเกิลที่แกนกลางของพวกมัน จับคู่กับเอมีนประเภทต่างๆ ด้วยการเปลี่ยนแปลงแกนโลหะ โครงสร้าง และตำแหน่งของเอมีนอย่างเป็นระบบ พวกเขากำลังทดสอบว่าชุดค่าผสมใดทำงานได้ดีที่สุด
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ประกอบด้วยเอมีนเหล่านี้ยังไม่พร้อมสำหรับช่วงเวลาไพร์มไทม์ — ทีมงานของ Bullock มุ่งเน้นที่การทำความเข้าใจว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานอย่างไร มากกว่าการปรับปรุงให้ดีขึ้นสำหรับอุตสาหกรรม แต่การค้นพบนี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ในการผลักดันตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ไปสู่การค้า
credit : 1stebonysex.com 4theloveofmyfamily.com actuallybears.com affinityalliancellc.com agardenofearthlydelights.net albanybaptistchurch.org americantechsupply.net andrewanthony.org anonymousonthe.net armenianyouthcenter.org
