Вирусы и красители создали новый композит для фотоокислительных реакций
Исследование, опубликованное в Advanced Materials, показывает, что нативные вирусы можно использовать в качестве каркаса для иммобилизации фотоактивных молекул с целью потенциального окисления органических загрязнителей в сточных водах под действием видимого света.
Команда из Университета Аалто разработала новую стратегию создания вирусных материалов для катализа. Цель проекта, выполняемого в рамках программы Horizon 2020 Marie Skłodowska-Curie actions, — проложить путь к применению оптически активных биогибридных материалов (комбинации биомолекул и синтетических компонентов) в областях от наномедицины до «зелёного» органического синтеза и наук об окружающей среде.
Основные вызовы и решения:
- Выбор фотосенсибилизатора: Учёные выбрали фталоцианины — синтетические производные гематопорфирина (пигмента, отвечающего за цвет крови) — из-за их выдающихся свойств как генераторов активных форм кислорода.
- Проблема в воде: Использование таких красителей в водной среде связано с трудностями, снижающими их эффективность. Требовался тщательный дизайн молекулы для сохранения свойств.
- Синтез производного: В коллаборации с группой профессора Томаса Торреса из Автономного университета Мадрида был синтезирован новый производный фталоцианин, устойчивый в средах с разной ионной силой, что сохранило его фотоактивность в воде.
Создание фотоактивного волокнистого материала
Принцип сборки основан на супрамолекулярных взаимодействиях, в частности электростатическом связывании:
- Положительно заряженный краситель соединили с отрицательно заряженным вирусом табачной мозаики (палочковидный вирус длиной 300 нм).
- В результате образовались высокоупорядоченные нити, которые были детально охарактеризованы с помощью рентгеновского рассеяния и ряда микроскопических методов в Нано-микроскопическом центре Аалто.
Ключевые свойства и преимущества
- Активность после иммобилизации: Краситель остаётся фотоактивным, будучи закреплённым в волокнах.
- Непрерывный поток: Это позволяет создать установку непрерывного потока, где место реакции фиксировано на твёрдом носителе, а через него пропускается раствор для реакции. Единственный источник энергии для процесса — видимый свет, что открывает путь к масштабированию процесса окисления.
- Устойчивость: В доказательстве концепции волокна, иммобилизованные в стеклянном капилляре, окисляли входящий поток в нескольких циклах. Их структурная стабильность и фотоактивность оставались постоянными с течением времени.
- Лёгкая утилизация: После завершения процесса окисления импульс света может разобрать волокна, что облегчает их утилизацию.
Данный подход представляет собой первый шаг к использованию биогибридов в реакциях непрерывного потока, что является экологически безопасным методом для подобных промышленных процессов.