Новости химической науки > Картофельные биомоторы

Результаты нового исследования показывают, что богатая ферментом ткань картофеля может применяться для дешевого и быстрого массового производства миллимоторов, приводящихся в действие пузырьками.

За последнее десятилетие ученые разработали синтетические моторы с собственными источниками питания, взяв идею молекулярных моторов, повсеместно встречающихся в природе. Эти биологические молекулярные моторы, например, те, которые отвечают за движение ресничек и жгутиков одноклеточных, работают за счет использования топлива, присутствующего в их непосредственном окружении.

Рисунок из Chem. Commun., 2013, DOI: 10.1039/c3cc42782j

Синтетические микромоторы, приводимые в движение пузырьками, создаются с помощью покрытия половины крошечного цилиндра металлическим катализатором или ферментом. Такой цилиндр, будучи помещен в раствор пероксида водорода, катализирует образование кислорода, который выделяется в виде потока пузырьков. Это несимметричное образование пузырьков, протекающее преимущественно с каталитически активной части цилиндра, вынуждает его двигаться в жидкости.

Картофель богат каталазой, ферментом, обычно использующимся в микромоторах, которые приводятся в движение пузырьками. Это явление заставило Джозефа Вонга (Joseph Wang) из Калифорнийского университета в США и его коллег обратить внимание на природные явления для того, чтобы создать миллимоторы, приводимые в движение пузырьками, способом красивым благодаря своей простоте.

Половина цилиндра из картофеля размером 2 на 1 мм покрыта эпоксидной смолой – это позволяет имитировать несимметричную конструкцию обычных микромоторов. Каталаза в подверженной воздействию ткани картофеля катализирует образование пузырьков кислорода и вынуждает двигаться кусочек картофеля со скоростью до 5,12 миллиметров в секунду.

Вонг отмечает, что использование природных тканей для создания биомоторов, являющихся аналогами искусственных моторов, приводящихся в движение пузырьками, является уникальным вкладом в сращивание антропогенных и природных технологий. Главное преимущество новой системы – это применение каталазы в ее естественном окружении и наиболее устойчивой форме. Этот подход также позволяет избежать дорогостоящей процедуры выделения и очистки каталитически активного белка. По текущим ценам, на производство свыше 500 тысяч картофельных миллимоторов можно затратить не более одного доллара США.

Стив Эббенс (Steve Ebbens), эксперт в области плавающих наноустройств из Университета Шеффилд в Великобритании, впечатлен этим подходом, который позволяет ловко избежать технически сложного этапа нанесения слоя фермента на заготовку мотора.

В будущем группа ученых планирует развивать эти моторы наряду с иными сконструированными ими моторами с автономным приводом. Они также надеются задействовать другие богатые ферментами биологические ткани, чтобы воспользоваться широким набором топлив-стимуляторов, имеющихся в наличии в природной среде.

Источник: Chem. Commun., 2013, DOI: 10.1039/c3cc42782j

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #физическая химия