كثيرًا ما يبحث العلماء في كيفية تصرف الجزيئات في الطبيعة لمساعدتهم على تصميم العمليات الكيميائية ، وهذا ما فعله باحثو جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا (QUT) وجامعة غينت لإنشاء بنية بوليمرات ثلاثية الأبعاد مثبتة بالضوء الأخضر تتكشف عن نفسها عند تركها في الظلام.
قدم الفريق تقريراً عن هذا المثال الأول من نوعه في العالم لعملية قابلة للعكس تعمل بالضوء لطي البوليمرات في جسيمات نانوية أحادية السلسلة في المجلة الرئيسية للجمعية الملكية للكيمياء ، العلوم الكيميائية.
أجرى البحث المؤلف الرئيسي وطالب الدكتوراة في جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا دانيال كودورا ، مع زميل مجلس البحوث الأسترالي (ARC) DECRA في جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا ، الدكتور هندريك فريش ، والدكتورة أنيا جولدمان ، وطالبة الدكتوراه فابيان بلوسر ، والزميل الحائز على جائزة ARC الأستاذ كريستوفر بارنر-كوليك ، من مادة لينة مختبر المواد في مركز QUT لعلوم المواد ، بالتعاون مع البروفيسور فيليب دو بريز والدكتور هانس هوك من مجموعة أبحاث كيمياء البوليمرات في جامعة غينت ، بلجيكا.
قال السيد كودورا: "ما فعلناه هو النظر إلى البروتينات ، وهي بوليمرات بيولوجية تُمكِّن معظم الكيمياء في خلايا أجسامنا ، وهي ضرورية للحياة ، وتقليد البوليمرات الاصطناعية وهي إحدى الطرق التي تعمل بها البروتينات".
البروتينات عبارة عن جزيئات كبيرة معقدة من الأحماض الأمينية التي ترتبط ببعضها البعض في سلاسل طويلة ، وهذه السلاسل تطوي نفسها بشكل طبيعي ، أحيانًا بجزيء مساعد ، في بنية ثلاثية الأبعاد تؤدي وظيفة ، مثل تحريك عضلاتك.
وقال: "ما فعلناه هو استخدام ضوء LED الأخضر كمساعد لطي سلاسل البوليمر الاصطناعي في هيكل". "كان الضوء وقودًا للعملية ، والأهم من ذلك أنه حافظ أيضًا على استقرار الهيكل. وطالما كان الضوء مضاءً ، احتفظ الهيكل بشكله. بدون الضوء ، في الظلام وفي درجة حرارة الغرفة ، استرخى الهيكل و تكشف ".
وأضاف الدكتور فريش: "لم يتحقق هذا من قبل". "أيضًا ، طي السلاسل بالضوء إلى هيكل ثم كشفها في الظلام يمكن أن يتكرر بنجاح عدة مرات."
وقال البروفيسور كريستوفر بارنر كوليك إن العملية الكيميائية "تشبه عملية حية خاصة بها".
وقال "الكائنات الحية تحتاج إلى استهلاك مصدر للطاقة ، مثل الضوء ، للبقاء على قيد الحياة وهذه البنية ثلاثية الأبعاد هي نفسها. فهي تستهلك الضوء كوقود للحفاظ على نفسها".
"هذا مثال على العلوم الأساسية والتعليمية. إنه يوضح ما هو ممكن عند استخدام التفاعل بين الضوء والظلام لتصميمات جزيئية معقدة."
قال الدكتور غولدمان بينما أظهر العلماء كيفية طي ركائز كيميائية بالضوء في هيكل قبل أن "يتم حبسها دائمًا بشكل دائم. هذا هو المثال الأول لبنية بوليمر أحادية الجديلة ثلاثية الأبعاد مثبتة بالضوء حقًا."
المبدأ الأساسي وراء العملية الكيميائية هو نفسه الذي استخدمه أعضاء الفريق سابقًا في إنشاء ما أطلقوا عليه اسم المواد الديناميكية المستقرة للضوء (LSDMs) - فئة جديدة من المواد.
قال البروفيسور دو بريز والدكتور هوك: "ما صنعناه سابقًا كان شيئًا يمكنك رؤيته ولمسه". "هذا مختلف ويتعامل مع التحولات على مستوى السلسلة الواحدة ، مما يعني أن حجم النانومتر يمكن أن يصل إلى جزء من المليار من المتر ، أو 100,000 مرة أصغر من شعرة الإنسان."
المصدر