یان ژائو فکر می‌کند که ایده و فناوری دارد که می‌تواند زیست توده گیاهی را به منبع تولید قند تبدیل کند. این کار می‌تواند به کاربردهای زیادی از جمله تولید سوخت و مواد شیمیایی تبدیل شود.
راهکاری که چوب را به قند، سوخت و مواد شیمیایی تبدیل می‌کند
کاتالیزورهای مصنوعی که ژائو و گروه تحقیقاتی او در حال توسعه آنها هستند مانند آنزیم‌های فوق‌العاده بوده که می‌توانند سلولز را مانند همتایان طبیعی خود تجزیه کنند. ژائو گفت: «ما از زیست‌شناسی الهام می‌گیریم. در تلاش هستیم تا ویژگی‌های آنزیم‌های طبیعی را تکرار کنیم و تاکنون نتایج خوبی داشته‌ایم.»
آنزیم‌ها پروتئین‌های طبیعی هستند که به‌عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند و واکنش‌های شیمیایی را تنظیم کرده تا فرآیندهای بیولوژیکی را ادامه دهند و موجودات زنده را فعال نگه دارند. به عنوان مثال، آنزیم‌ها متابولیسم سلولی، غذا را برای هضم کاتالیز می‌کنند. سه آنزیم اندوسلولاز، اگزوسلولاز و بتا گلوکوزیداز، می‌توانند فیبر گیاهی یا سلولز را تجزیه و هضم کنند.
به نظر می‌رسد که آنزیم‌های طبیعی مکان مناسبی برای صنایع تبدیلی و فرآوری سلولز باشد. اما این آنزیم‌ها گران هستند. آنها نمی‌توانند در دمای بالا یا در حلال های غیرآبی زنده بمانند. ناپایدار بوده و بازیافت آنها دشوار است.
گروه تحقیقاتی ژائو حدود ۱۰ سال برای توسعه کاتالیزورهای نانوذره‌ای کار می‌کند، کاتالیزورهایی که قادر به حل این مسائل هستند. کمک‌های مالی مؤسسه ملی بهداشت و بنیاد ملی علوم (NSF) از این کار حمایت کرده است. بنیاد تحقیقات دانشگاه ایالتی آیووا در حال پیگیری حمایت از پتنت این فناوری بوده و به دنبال شرکای تجاری است.
یک کمک مالی جدید سه ساله به مبلغ ۴۰۰۰۰۰ دلار از سوی NSF، آخرین ایده‌های ژائو در مورد کاتالیزورهای تقلیدکننده آنزیم را پیش خواهد برد. پروژه جدید آنها شامل شبیه‌سازی‌های کامپیوتری مکان‌های واکنش فعال توسط سیجیا دونگ، استادیار شیمی و زیست‌شناسی شیمیایی در دانشگاه نورث ایسترن در بوستون است.
ژائو گفت که این شبیه سازی‌ها به ما کمک می‌کند تا سیستم خود را بهتر درک کنیم. این یک سیستم بسیار پیچیده است.
گروه تحقیقاتی ژائو از نانوکره‌هایی به نام مایسل بهره می‌برد. زمانی که زنجیره‌ای از مولکول‌های سورفکتانت (که کشش سطحی مایعات را کاهش می‌دهند) در معرض آب قرار می‌گیرند، خود را جمع می‌کنند و باعث می‌شوند که سرهای آب دوست مولکول‌ها یک پوسته بیرونی تشکیل دهند و دم‌های آبگریز فراری از آب در داخل آن پوسته جهت‌گیری کنند.
ژائو و گروهش راهی برای جمع شدن مایسل‌ها در اطراف مولکول‌ها یافتند. پس از جامد شدن توسط نور فرابنفش، این “نانوذرات حک شده مولکولی” ۵ میلیاردم متر اندازه دارند و شکل و اندازه دقیقی برای تقلید از خواص اتصال و کاتالیزوری آنزیم‌های طبیعی دارند. این نانوذرات به طور موثر و انتخابی سلولز را تجزیه می‌کنند.
در صورت موفقیت، این کاتالیزورهای مصنوعی برای تجزیه سلولز تولید خواهد شد که می‌تواند با سلولازهای طبیعی رقابت کند، اما آماده‌سازی و بازیافت آنها بسیار آسان‌تر است.
