Bilim adamları, ışık dönüşüm oranını 6 kat artırabilen "yapay yapraklar" geliştiriyor
Sürdürülebilir enerji gelişimi sağlamak açısından, Kimyasal reaksiyonları tetiklemek için güneş enerjisinin kullanılması büyük bir potansiyele sahiptir.
Hepimizin bildiği gibi, bitkiler fotosentez yoluyla kendi kendine yeterliliğe ulaşabilir ve bu oldukça verimli süreç, kimyagerlerin uzun zamandır simülasyon yapmayı hayal ettikleri şeydir. Son yıllarda mikroakışkan fotokimyasal teknoloji ile birleştiğinde, görünür ışığın neden olduğu enerji dönüşüm verimliliği önemli ölçüde artmış olsa da, güneş ışığının doğrudan kullanımına yönelik teknoloji hala çok sınırlıdır.
Baş araştırmacı Timothy Noel (Timothy Noel) ve yapay yaprak yapısı, bu yapı minyatür bir ilaç üretim fabrikası olarak kullanılabilir ve her güneşli ortamda ilaç üretebilir.
Son zamanlarda, Hollanda'daki Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'nden bilim adamları bir "Yapay yaprak" ışıklı mikro reaktör Lüminesan güneş yoğunlaştırıcılar (LSC'ler) teknolojisi ile mikroakışkan fotokimyasal teknolojiyi birleştiren (Photo Microreactor, PM), Doğadaki yaprakların fotosentez işlemine benzer şekilde verimli, yeşil ve sürdürülebilir kimyasal reaksiyonları gerçekleştirmek için doğrudan güneş radyasyonu enerjisini kullanabilir.
Mikro reaktör Büyük ölçekli, verimli ve ucuz ilaç üretimini gerçekleştirmek için mikro ilaç üretim tesisi olarak kullanılması beklenmektedir ve güneş ışığının kullanılabileceği her ortamda kullanılabilir. Bu nedenle teknolojinin ilaç endüstrisi ve zirai ilaçlarda geniş bir uygulama potansiyeli vardır.
Araştırma 21 Aralık 2016'da "Angewandte Chemie" bilimsel dergisinde yayınlandı ve " VIP makaleler "Bu, derginin bunu olağanüstü ve çığır açan bir çalışma olarak gördüğü anlamına geliyor. Dergide yalnızca en fazla % 5 Makalenin başlığı bu idi.
Güneş yoğunlaştırıcı-lüminesan mikro reaktörün (LCS-PM) çalışma prensibi
Basitçe söylemek gerekirse, teknolojinin Çekirdek bileşen, güneş yoğunlaştırıcı-ışıklı mikro reaktör olarak adlandırılır (LCS-PM), reaktör, ışık yayan güneş yoğunlaştırıcı (LSC) ışık kılavuzu olarak floresan boya (L305) katkılı silikon reçine kullanarak doğadaki yaprakların fotosentez sürecini simüle eder, floresan boya (L305) geniş bir spektrumu emer Güneş ışığı, enerjiyi dar bir dalga boyu aralığında yoğunlaştırır ve yayılan aşağı dönüştürülmüş fotonlar, LSC optik dalga kılavuzu aracılığıyla mikro reaksiyon kanalında akan kimyasal maddeye (MB) iletilir ve bu da kimyasal reaksiyonların oluşumunu ve bileşiklerin üretimini tetikler.
Tüm LSC-PM cihazının reaksiyon mikrokanalı esas olarak iki parça foton radyasyonu alır: 1) doğrudan foton radyasyonu; 2) LSC optik dalga kılavuzu, dönüştürülmüş foton radyasyonunu toplar; bunların arasında, ışık yakalama esas olarak floresan boyalarla katkılı silikon LSC cihazına bağlıdır.
Araştırmacılar, floresan boyalarla katkılı LSC cihazlarının ve floresan boyalar içermeyen geleneksel cihazların ışık dönüştürme verimliliğini karşılaştırdılar. Her şeyden önce, LED mavi ışık ışınlaması (yukarıdaki A) koşullarında, tam güçte (0,31 W) ışınlama altında bile, Cihazın floresan boyasız ışık dönüşüm oranı sadece% 21 ; 200 ppm floresan boya katkılı LSC cihazı için, Aydınlatmak için yalnızca gücün (0,025) yaklaşık onda birine ihtiyaç vardır, ışık dönüşüm oranı% 27'ye ulaşır , LSC-PM cihazının spektrum dönüşümünün geleneksel cihazla karşılaştırıldığında yüksek verimliliğini gösteren. Simüle edilmiş güneş ışığı koşulları altında (C'nin üstünde) katkısız geleneksel cihazla karşılaştırıldığında, floresan boya katkılı LSC-PM cihazı, 4,5 kat Işık dönüştürme verimliliği!
Ek olarak, Simüle edilmiş geniş spektrumlu güneş ışığı altında Araştırmacılar, LSC optik dalga kılavuzundaki optik iletim verimliliğini incelemek için yarı korumalı bir LSC-PM cihazı tasarladılar (yukarıdaki Şekil B). Sonuçlar, cihazın boya molekülleri içermeyen ışık dönüşüm oranının 90'lı yılların kalma süresinde bile sadece% 9 olduğunu, 200 ppm yakıt molekülleri ile katkılı LSC-PM cihazının ışık dönüşüm oranının 90'lara ulaştığını gösteriyor. % 54, optik iletim verimliliği 6 kat arttı ! Bu gösterir ki LSC-PM, kimyasal reaksiyonları indüklemek için başlangıçta dönüştürülen fotonları reaksiyon mikro kanalına verimli bir şekilde iletebilir.
Aynı zamanda, araştırmacılar ayrıca doğal güneş ışığı dış mekan deneyleri için bir karşılaştırma testi yaptılar. Sonuçlar, floresan boyalarla katkılanan LSC-PM cihazlarının ışık dönüştürme verimliliğinin, çeşitli koşullar altında katkısız cihazlardan çok daha yüksek olduğunu göstermektedir. Diğer bir deyişle cihaz bulutlu hava koşullarında bile çalışabilir.
Hollanda'daki Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'nden baş araştırmacı Timothy Noel şunları söyledi: " Teorik olarak, bu cihazla, güneş enerjisinin kullanılabileceği her yerde farmasötik bileşikler üretebilirsiniz. . "
Şu anda Nuoer ve meslektaşları, yapay yaprak cihazının enerji verimliliğini daha da iyileştirmek ve çıktıyı daha da artırmak için çalışıyor. Knoll, elektrik şebekesine olan ihtiyaç ortadan kaldırılırsa, gelecekte ormanda ve hatta gelecekteki bir uzay kolonisi olan Mars'ta sıtma önleyici ilaçlar üretmenin mümkün olacağına inanıyor.
Hollanda'daki Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'ndeki bilim adamları tarafından tasarlanmıştır
Araştırmacılar, kimyasal madde moleküllerini olaya ve iletilen foton radyasyonuna tamamen maruz bırakmaya elverişli olan reaksiyon sıvısını pompalamak için silikon LSC cihazında küçük mikro borular yaptılar, bu da kimyasal reaksiyonları tetiklemek ve farmasötik bileşikler üretmek için yeterli.
Bununla birlikte, bu süreci ölçeklendirmek ve ticarileştirmek için hala uzun bir yol var. Bir yandan, mikroakışkan tüpün boyutu çok küçük ve üretim hacmi küçük. Bununla birlikte, diğer yandan, bu mikro kanallar da üretim ölçeğini ve çıktıyı genişletmek için kolayca bağlanır.
Knoll, "Üretim için paralel çalışan birçok farklı yaprağı olan bütün bir ağaç yapabileceğimizi hayal edin. Tüm süreç çok ucuz, bu nedenle bu cihaz büyük bir potansiyele sahip."
Noel düşünüyor, 5 ila 10 yıl içinde, bu yapay yaprak ilaç üretim süreci kimya mühendisleri tarafından yaygın olarak kullanıma sunulacaktır.
Elbette bilim adamlarının yeni ilaç üretim yöntemleri geliştirmek için bitkilerden ilham aldıkları ilk şey değil.
2012'nin başlarında, ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), Pfizer ve Protalix tarafından geliştirilen bir ilaç olan glukoserebrosidaz (Elelyso) adlı bir ilacı onayladı. Genetiği değiştirilmiş havuç hücrelerinden yapılan biyoterapötikler, çoğunlukla nadir görülen bir genetik hastalık olan Gaucher hastalığını tedavi etmek için kullanılır.
Buna ek olarak, bazı araştırmacılar yapraklarından yararlı ilaçlar ve aşılar üretmek için özel olarak yetiştirilmiş mahsuller ekmişlerdir.
