هوائيات الحمض النووي لاستقبال الطاقة الشمسية

توصل باحثون من جامعة كالمارس في السويد إلى حل فعال لامتصاص أشعة الشمس للقيام بعملية التمثيل الضوئي الاصطناعي. ومن خلال عملية التجميع الذاتي لجزيئات الحمض النووي مع جزيئات صبغية بسيطة، طور الباحثون نظامًا مشابهًا لنظام امتصاص الضوء الموجود في الطبيعة.

توصل باحثون من جامعة كالمارس في السويد إلى حل فعال لامتصاص أشعة الشمس للقيام بعملية التمثيل الضوئي الاصطناعي. ومن خلال عملية التجميع الذاتي لجزيئات الحمض النووي مع جزيئات صبغية بسيطة، طور الباحثون نظامًا مشابهًا لنظام امتصاص الضوء الموجود في الطبيعة.

يعد التمثيل الضوئي الاصطناعي موضوعًا بحثيًا رائعًا في مجال أبحاث الطاقة. يمكن حل جزء كبير من مشاكل الطاقة في العالم اليوم إذا نجحنا في مضاعفة قدرة النباتات على تحويل الطاقة الشمسية القادمة من الشمس إلى وقود. تصل كمية من الطاقة الشمسية إلى سطح الأرض كل ساعة تكفي لجميع احتياجاتنا من الطاقة لمدة عام كامل.

حقق فريق بحثي من جامعة تشالمرز في السويد طفرة في تكنولوجيا النانو تمثلت في المرحلة الأولى لتطوير أنظمة صناعية تقوم بعملية التمثيل الضوئي. أثبت الفريق أنه من الممكن استخدام جزيئات الحمض النووي المجمعة بشكل مستقل كنظام سقالات لبناء أنظمة صناعية قادرة على امتصاص وتخزين الإشعاع الشمسي. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Journal of the American Chemical Society.

يتكون نظام السقالات في النباتات والطحالب من عدد كبير من البروتينات التي تنتظم فيها جزيئات الكلوروفيل بحيث يمكن جمع ضوء الشمس بأكثر الطرق كفاءة. النظام بأكمله معقد للغاية ولا يمكن إعادة إنتاجه بشكل مصطنع. يقول أحد الباحثين: "كل شيء يتعلق بمسألة الرابطة الكيميائية التي تتفكك". "إذا كنت تستخدم جزيء DNA بدلاً من البروتينات لتنظيم الجزيئات المستقبلة للضوء، فصحيح أنك لا تستطيع الوصول إلى نفس المستوى من الدقة، ولكن يمكنك إنشاء نظام ديناميكي يتجمع بشكل مستقل."

ومع نظام يبني نفسه، بدأ الباحثون في الاقتراب من العملية الموجودة في الطبيعة. إذا تعطل أحد الجزيئات الممتصة للضوء، فيمكن استبداله بجزيء ثانٍ لاحقًا. وفي هذا السياق، فهو نظام إصلاح ذاتي، على عكس النظام الذي يتم الحصول عليه من خلال الكيمياء العضوية الاصطناعية العادية.

وفي الطبيعة نفسها تصل أشعة الشمس إلى مركز التفاعل الموجود داخل النباتات والطحالب عندما تستخدم هذه الطاقة في تصنيع السكريات والجزيئات الأخرى الغنية بالطاقة. يقول بو ألبينسون، أستاذ الكيمياء الفيزيائية والمؤلف الرئيسي للورقة التي تصف نتائج التجارب: "يمكننا نقل الطاقة إلى مركز التفاعل، لكننا ما زلنا لا نفهم بالضبط كيف تحدث التفاعلات المختلفة هناك". "هذا هو في الواقع الجزء الأكثر تحديًا في أنظمة التمثيل الضوئي الاصطناعي. لقد أثبتنا أن "الهوائي" اللازم لاستقبال الضوء يمكن بناؤه بسهولة. لقد قمنا بتكرار هذا الجزء من معجزة الخلق الطبيعي."

في هذه الدراسة، يجمع العلماء بين نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي وتكنولوجيا النانو المعتمدة على الحمض النووي. عند بناء الجسيمات النانوية، أثبتت جزيئات الحمض النووي أنها مواد بناء ممتازة. وذلك في ضوء حقيقة أن خيوط الحمض النووي لديها القدرة على الارتباط ببعضها البعض بطريقة محددة سلفا. وطالما يتم توفير تعليمات التنظيم الصحيحة في المقام الأول، يمكن لخيوط الحمض النووي في أنبوب الاختبار أن تنسج حول بعضها البعض بأي شكل وبنية مرغوبة تقريبًا.

يوضح الباحث: "إنه مشابه للتجميع الذي تتناسب فيه الأجزاء المختلفة مع بعضها البعض بطريقة فريدة". "هذا هو السبب وراء قدرتنا على إنشاء هيكل معقد نسبيًا "على الورق" ومن ثم تخيل كيف سيبدو في الواقع. وفي واقع الأمر، استخدمنا هذه الخصائص ذاتها لجزيئات الحمض النووي للتحكم في الطريقة التي يمكن بها امتصاص أشعة الشمس.
أخبار الدراسةה