Nanodiscs del lipido del cablaggio dei Ricercatori per produrre il combustibile dell'idrogeno

Un gruppo Basato Negli Stati Uniti dei ricercatori che caratterizzano gli scienziati di MIPT ha montato una struttura biologica del nanoscale capace della produzione dell'idrogeno dall'acqua facendo uso di indicatore luminoso. Hanno inserito una proteina fotosensibile nei nanodiscs - frammenti circolari della membrana cellulare composti di doppio strato lipidico - e migliorato la struttura risultante con le particelle di biossido di titanio, un photocatalyst. I risultati della ricerca sono stati pubblicati nel giornale ACS Nano.

La sintasi del TRIFOSFATO DI ADENOSINA usa l'energia dei protoni (Н⁺) per produrre la molecola di immagazzinamento dell'energia conosciuta come l'adenosintrifosfato (ATP) dall'adenosindifosfato (ADP) e da un fosfato inorganico (Pi). I lipidi sono indicati in blu.

Il Professor Vladimir Chupin, che tiene uno ScD in chimica e dirige il Laboratorio della Chimica e della Fisica dei Lipidi al Centro di Ricerca di MIPT per i Meccanismi Molecolari di Invecchiamento e delle Malattie Relative All'età, nota:

I Nostri laboratori che lavorano con le proteine della membrana, in particolare con i nanodiscs, principalmente sono messi a fuoco sulle emissioni biofisiche e mediche. Tuttavia, lo studio unito recente con i nostri colleghi degli Stati Uniti indica che riunendo i materiali biologici e tecnici, i nanodiscs possono essere usati per ottenere il combustibile dell'idrogeno.

Combustibile dell'Idrogeno

L'Idrogeno è una delle fonti di energia alternative più pulite. Quando brucia, il solo prodotto formato è vapore acqueo. Ancora, a 45 per cento o a più, il risparmio di temi del combustibile dell'idrogeno è molto maggior rispetto a meno di 35 per cento per benzina o combustibile diesel. Sebbene i costruttori di macchine importanti, come Toyota, Honda e BMW, già stiano producendo le automobili idrogeno a forza, i loro numeri rimangono modesti. L'Idrogeno è ancora costoso verificarsi, specialmente dovuto l'assorbimento di corrente di alto potere in questione. Per questo motivo, i ricercatori stanno cercando i modi della generazione del questo combustibile attingendo altre fonti di energia.

Energia Verde

L'Idrogeno può essere prodotto dall'acqua facendo uso di energia solare. Il trattamento in questione richiede la presenza di composti speciali chiamati photocatalysts. Fra loro, il biossido di titanio è uno degli più ampiamente usate. È appena il photocatalyst più efficace, sebbene, in modo dai ricercatori facciano tutto il possibile per amplificare la sua prestazione macinandola al nanosize, aggiungente le impurità, Ecc. A tal fine, gli scienziati al Laboratorio Nazionale di Argonne nell'Illinois, Stati Uniti, si è girato verso biologia, montante un nanostructure fatto di biossido di titanio e una proteina della membrana chiamata bacteriorhodopsin. Migliorando la prestazione di ciascuno, queste due componenti sensibili alla luce formano un nuovo sistema di cui le capacità di gran lunga superano quelle delle sue parti costituenti.

Bacteriorhodopsin è una proteina fotosensibile che fa parte delle membrane di alcune celle microbiche. (Infatti, ci sono parecchie di tali proteine, ma quella utilizzata in questo studio è stata catturata dal salinarium di Halobacterium.) Un'estremità della proteina attacca fuori sull'esterno di una cella, mentre l'altra estremità è sull'interno. La Luce Solare induce il bacteriorhodopsin a pompare i protoni dalla cella, che permette alla cella di sintetizzare l'energia sotto forma di adenosintrifosfato. Incidentalmente, il corpo umano produce complessivamente circa 70 chilogrammi di TRIFOSFATO DI ADENOSINA ogni giorno.

Nanodiscs

La tecnologia Moderna permette che i ricercatori sintetizzino artificialmente la vita, senza le celle biologiche interessate. Quindi, le proteine funzionali della membrana possono essere ottenute usando i vari media che imitano ambiente naturale delle proteine'. Fra tali media disponibili agli scienziati sono i nanodiscs - frammenti della membrana composti dei fosfolipidi e circondati da due molecole di proteina in una doppia formazione della fascia. La dimensione di un nanodisc dipende dalla lunghezza delle due proteine beltlike. Come proteina della membrana, il bacteriorhodopsin appartiene in una membrana cellulare ed in modo da è abbastanza a casa in un nanodisc, che è una struttura stupefacente destinata per conservare la struttura naturale della proteina. Nanodiscs è stato usato per studiare le strutture della proteina della membrana, sviluppare gli agenti medici ed ora repurposed per la fotocatalisi. Assistito dagli scienziati materiali di MIPT, i ricercatori hanno ottenuto i nanodiscs 10 nanometri di diametro, con il bacteriorhodopsin intercalato dentro.

Hanno finito con idrogeno

Il gruppo ha dissolto i nanodiscs in acqua, con le particelle del biossido di titanio. Anche hanno aggiunto un certo platino per la buona misura - e non solo perché sonda grande, ma perché rende la fotocatalisi più efficace. Sinistra durante la notte in quella miscela, i nanodiscs attaccati alle particelle catalitiche. Bacteriorhodopsin - la pompa del protone - condiviso come antenna. Ha catturato l'indicatore luminoso ed ha trasferito la sua energia a biossido di titanio, aumentante la sua sensibilità all'indicatore luminoso. Inoltre, il bacteriorhodopsin ha eseguito la sua funzione usuale dei protoni di spostamento, che sono stati diminuiti che rendono grazie dell'idrogeno alla presenza del catalizzatore del platino. Poiché cattura gli elettroni per diminuire i protoni, i ricercatori hanno aggiunto un certo metanolo nella soluzione per servire da donatore di elettrone. La miscela è stata esposta a verde e la luce bianca, con circa 74 volte più idrogeno ha prodotto in quest'ultimo caso. In media, l'emissione di idrogeno è stata mantenuta ad una tariffa quasi costante per almeno 2 - 3 ore.

Sebbene gli esperimenti con un simile nanostructure siano stati eseguiti prima, hanno utilizzato il bacteriorhodopsin in una membrana cellulare naturale. Sostituendola con i nanodiscs, i ricercatori hanno trovato che potrebbero produrre altrettanto molto idrogeno o più ed anche hanno richiesto meno bacteriorhodopsin per la stessa quantità di biossido di titanio. Il gruppo sospetta che questo potrebbe essere accreditato alla capacità dei nanodiscs compatti e costanti per collegare mediante interfaccia più anche alle particelle catalitiche. Sebbene il bacteriorhodopsin naturale rimanga l'opzione più economica, per ora, è possibile che l'evoluzione dei metodi artificiali di biosintesi presto renda a nanodiscs un'alternativa più fattibile.

Sorgente: https://mipt.ru/english/news/lipid_nanodiscs_harnessed_to_produce_hydrogen_fuel