Forskere udvikler nanozymmimetik, der nedbryder spildevand under sollys
Forskere ved Materials Research Center (MRC), Indian Institute of Science (IISc), har udviklet en ny type enzymmimetik, der effektivt kan nedbryde giftige kemikalier i industrispildevand i nærvær af sollys.
Enzymer er proteiner, der katalyserer et flertal af biologiske reaktioner i levende systemer. Imidlertid er den praktiske brug af naturlige enzymer stærkt hæmmet af visse iboende begrænsninger. Disse begrænsninger omfatter følsomhed over for denaturering (sammenbrud/beskadigelse), komplekse produktionsprocedurer, høje omkostninger og vanskeligheder med genanvendelse, siger Subinoy Rana, adjunkt ved MRC og tilsvarende forfatter til papiret offentliggjort i Nanoscale .
Masseproduktion af disse enzymer er en dyr og tidskrævende proces. For eksempel udvindes laccase, et naturligt enzym, der bruges til at nedbryde phenoler i industrier, fra en svamp, der kaldes hvid råd, men mængden af produceret enzym afhænger af, hvor meget af svampen, der er tilgængelig på et givet tidspunkt. "Det er en lang proces, og det er svært at lave dem i mere end milligram mængder," siger Rana. Et andet problem er opbevaring – de fleste af de naturlige enzymer er temperaturfølsomme og kræver opbevaring ved køligere temperaturer, ofte så lave som –20°C.
Enzymmimetika i nanostørrelse eller "nanozymer" fremstillet i laboratoriet kan efterligne sådanne naturlige enzymer og overvinde disse praktiske udfordringer.
I den aktuelle undersøgelse syntetiserede IISc-teamet et platinholdigt nanozym kaldet NanoPtA, som kan omdannes til pulverform til industriel brug. Det efterligner funktionen af oxidaser - naturlige enzymer, der fjerner brint fra substrater i nærvær af oxygen for at give vand. Dette nanozym er ikke kun meget specifikt til at nedbryde visse substrater, men er også robust, fordi det kan modstå en række pH- og temperaturændringer.
Når NanoPtA kommer i kontakt med spildevand, danner benzenringene og de lange alkylkæder, der er til stede i molekylet, flere ikke-kovalente interaktioner. Individuelle NanoPtA-molekyler forbinder sig for at danne båndlignende strukturer, der begynder at udsende lys, hvilket er oprindelsen til dets oxiderende kapacitet. Nanozymet kan derefter nedbryde forurenende stoffer, der er til stede i spildevand, ved at oxidere dem i nærvær af sollys og derved reducere spildevandets toksicitet.
Holdet testede nanozymets effekt på almindelige spildevand, der forurener vand, såsom phenoler og farvestoffer. De fandt ud af, at det kunne nedbryde selv små (mikromolære) mængder af phenoler og farvestoffer inden for ti minutter, når det placeres under sollys. Forskerne fandt også ud af, at NanoPtA-komplekset var ret stabilt og varede i op til 75 dage ved stuetemperatur. "Proteiner opbevares generelt ved –20°C eller 4°C, men i dette tilfælde kan det opbevares ved stuetemperatur," siger Rana. Faktisk var NanoPtA stabil i mere end seks måneder ved stuetemperatur, fandt forskerne.
Holdet mener, at nanozymet ikke kun er nyttigt til at nedbryde giftige forurenende stoffer, men også kan have anvendelser i sundhedsvæsenet. De testede dens evne til at oxidere neurotransmittere som dopamin og adrenalin - når de oxideres, viser disse molekyler en farveændring i opløsning, som derefter kan bruges til at måle deres koncentration.
"Dette er vigtigt, fordi disse neurotransmittere er forbundet med Parkinsons, Alzheimers sygdom og hjertestop," siger Rohit Kapila, førsteforfatter og Ph.D. studerende ved MRC, IISc. At måle disse neurotransmittere ved hjælp af sådanne nanozymer kan potentielt være et nyttigt diagnostisk værktøj til neurologiske og neurodegenerative sygdomme, tilføjer han.
Fremover planlægger forskerne at tage patent på nanozymet, da de mener, at det let kan fremstilles i store mængder i industriel skala. Ranas gruppe ser også på billigere metalalternativer til platin i nanozymkomplekset.
Flere oplysninger: Rohit Kapila et al., Light-gated specifik oxidase-lignende aktivitet af et selvsamlet Pt(ii) nanozyme til miljøsanering, Nanoskala (2023). DOI:10.1039/D3NR02081A
Journaloplysninger: Nanoskala
Leveret af Indian Institute of Science
Varme artikler
-
Måling af massen af molekyler på nanoskalaKoblede mikrocantilevers placeres på XY-akse-trinnet og flyttes af den piezoelektriske aktuator i henhold til den foreslåede feedback-kontrol for at producere selv-exciteret oscillation. Kredit:Yabuno -
Nanoteknologer skaber små fodboldboldeNanoteknologer ved University of Twentes MESA+ forskningsinstitut har udviklet en metode, hvorved små polystyrenkugler, automatisk og under kontrollerede forhold, danner en næsten perfekt bold, der se -
Hurtigere, stærkere, lettere:Ny teknik fremmer kulfiberkompositterMIT-forskere har produceret kulfibre belagt i kulstofnanorør uden at forringe den underliggende fibers styrke. De konstruerede fibre kan væves ind i kompositter for at gøre stærkere, lettere flydele. -
Guld nanopartikler skaber synligt lys katalyse i nanotrådeDe guldbelagte sølvklorid nanotråde på mikroskopisk niveau. (PhysOrg.com) - En videnskabsmand ved Argonne National Laboratory har skabt katalyse af synligt lys, ved hjælp af sølvklorid nanotråde d
- Bilag A og andre true crime-shows kan give anledning til misforståelser om retsmedicinsk videnskab
- Ny ikke-destruktiv inspektionsteknik rekonstruerer indre skjulte sammensætning og struktur af inspe…
- Forskerteam demonstrerer fraktalt lys fra lasere
- Amazon anslås at sælge 3,5 milliarder dollar under Prime Day -salg, selv efter afbrydelse
- Døde fisk og depression ved bredden af Oder
- Ny superopløsningsmikroskopi-tilgang visualiserer interne cellestrukturer og klynger via selektiv p…