Farvestoffer og vira skaber nyt kompositmateriale til fotooxidationsreaktioner

En nylig undersøgelse, udgivet i Avancerede materialer , viser, at native vira kan bruges som et stillads til at immobilisere fotoaktive molekyler for potentielt at oxidere organiske forurenende stoffer, der er til stede i spildevand, under synlig lysbestråling

Et forskerhold fra Aalto Universitet har udviklet en ny strategi til at skabe virusbaserede materialer til katalyse. Projektet, som er indrammet i Horizon 2020 Marie Skłodowska-Curie-aktionerne, har til formål at bane vejen for anvendelsen af ​​optisk aktive biohybride materialer - en kombination af biomolekyler og syntetiske dele - i emner lige fra nanomedicin til grøn organisk syntese eller miljøvidenskab.

"Vores første udfordring var at vælge den rigtige fotosensibilisator, " siger Eduardo Anaya, postdoc ved Aalto Universitet, "Vi besluttede at anvende phthalocyaniner, et syntetisk derivat af hæmatoporphyrin (farvestoffet, der er ansvarligt for blodets farve), på grund af deres fremragende egenskaber som en generator af reaktive oxygenarter. Imidlertid, brugen af ​​denne slags farvestoffer i vandige medier giver adskillige udfordringer, som påvirker deres ydeevne. Derfor, omhyggeligt design var nødvendigt for at bevare deres egenskaber«.

I samarbejde med professor Tomas Torres' forskningsgruppe fra Universidad Autonoma de Madrid, et nyt phthalocyaninderivat blev syntetiseret, resulterer i et molekyle med elastiske egenskaber i forskellige ionstyrkemedier. Designet sikrede farvestoffets fotoaktivitet selv i et vandigt miljø.

"Et af fokusområderne for vores forskningsgruppe ligger i design af nye proteinsamlinger og deres potentielle anvendelse som nye materialer," tilføjer professor Mauri Kostiainen, leder af gruppen Biohybrid Materials. "Vores tilgang er baseret på supramolekylære interaktioner, såsom elektrostatisk binding så, i dette projekt, vi besluttede at kombinere det positivt ladede farvestof med et negativt ladet tobaksmosaikvirus (en 300 nm lang stavlignende virus), resulterer i et fotoaktivt fibrøst materiale. Denne tilgang førte til meget ordnede tråde, som var grundigt karakteriseret ved røntgenspredning og adskillige mikroskopiteknikker i Nanomicroscopy Center i Aalto, " siger Kostiainen.

Ud over den strukturelle karakterisering, Anaya påpeger, at det mest afgørende træk er, at farvestoffet forbliver aktivt på trods af, at det er immobiliseret i fibrene. 'Vi kan fiksere reaktionsstedet i fast støtte og føre den løsning, vi ønsker at reagere, igennem det, er synligt lys det eneste "brændstof" vi bruger for at det kan ske. Dette giver os mulighed for at skabe et kontinuerligt flow set-up, der muliggør opskalering af oxidationsprocessen, " slutter han.

Forskerholdet designede en proof-of-concept-enhed, hvor fibrene blev immobiliseret i en glaskapillær; en indgående strøm blev oxideret i flere cyklusser. Fibrenes elasticitet blev vurderet, konkludere, at både deres strukturelle stabilitet og fotoaktivitet forbliver konstant over tid. En yderligere fordel er, at når oxidationsprocessen er afsluttet, en lysimpuls kan skille fibrene ad, gør dem nemme at bortskaffe. Den rapporterede tilgang repræsenterer det første skridt mod brugen af ​​biohybrider i kontinuerlige strømningsreaktioner, som repræsenterer en miljøvenlig tilgang til denne type industrielle processer.