En ny studie, publicerad i Avancerade material , visar att inhemska virus kan användas som en byggnadsställning för att immobilisera fotoaktiva molekyler för att eventuellt oxidera organiska föroreningar som finns i avloppsvatten, under bestrålning av synligt ljus

Ett forskargrupp från Aalto University har utvecklat en ny strategi för att skapa virusbaserade material för katalys. Projektet, som inramas inom Horizon 2020 Marie Skłodowska-Curie-åtgärder, syftar till att bana väg för tillämpningen av optiskt aktiva biohybridmaterial - en kombination av biomolekyler och syntetiska enheter - i ämnen som sträcker sig från nanomedicin till grön organisk syntes eller miljövetenskap.

"Vår första utmaning var att välja rätt fotosensibiliserare, "säger Eduardo Anaya, postdoktor vid Aalto University, "Vi bestämde oss för att använda ftalocyaniner, ett syntetiskt derivat av hematoporfyrin (färgämnet som ansvarar för blodets färg), på grund av deras enastående egenskaper som en reaktiv syrgasgenerator. Dock, användningen av denna typ av färgämnen i vattenhaltiga medier ger flera utmaningar som påverkar deras prestanda. Därför, noggrann design var nödvändig för att behålla deras egenskaper '.

I samarbete med professor Tomas Torres forskargrupp från Universidad Autonoma de Madrid, ett nytt ftalocyaninderivat syntetiserades, vilket resulterar i en molekyl med fjädrande egenskaper i olika jonstyrkemedier. Designen säkerställde färgämnets fotoaktivitet även i en vattenhaltig miljö.

"En av fokuserna för vår forskargrupp ligger i utformningen av nya proteinsammansättningar och deras möjliga tillämpning som nya material, tillägger professor Mauri Kostiainen, ledare för gruppen Biohybrid Materials. "Vår strategi är baserad på supramolekylära interaktioner, såsom elektrostatisk bindning så, i detta projekt, vi bestämde oss för att kombinera det positivt laddade färgämnet med ett negativt laddat tobaksmosaikvirus (ett 300 nm långt stavliknande virus), vilket resulterar i ett fotoaktivt fibröst material. Detta tillvägagångssätt ledde till mycket beställda trådar, som grundligt präglades av röntgenspridning och flera mikroskopitekniker i Nanomikroskopi-centret i Aalto, "Säger Kostiainen.

Förutom den strukturella karakteriseringen, Anaya påpekar att den mest avgörande egenskapen är att färgämnet förblir aktivt trots att det är immobiliserat i fibrerna. 'Vi kan fixa reaktionsstället med fast stöd och passera lösningen vi vill reagera genom det, är synligt ljus det enda "bränsle" vi använder för att det ska hända. Detta gör att vi kan skapa en kontinuerlig flödesuppställning som möjliggör uppskalning av oxidationsprocessen, "avslutar han.

Forskargruppen utformade en proof-of-concept-enhet för att immobilisera fibrerna i en glaskapillär; ett inkommande flöde oxiderades i flera cykler. Fibrernas motståndskraft bedömdes, drar slutsatsen att både deras strukturella stabilitet och fotoaktivitet förblir konstant över tiden. En ytterligare fördel är att, när oxidationsprocessen är klar, en lätt puls kan ta isär fibrerna, gör dem lätta att kasta. Den rapporterade metoden representerar det första steget mot användningen av biohybrider i kontinuerliga flödesreaktioner, som representerar ett miljövänligt förhållningssätt till denna typ av industriprocess.