ساخت ملکول‌های خود کنترل شونده

گیاهان، ارتباطی دو جانبه با نور دارند. آنها برای زندگی به نور نیازدارند اما نور شدید باعث تولید مواد حد واسط شیمیایی با انرژی بالا که می توانند منجر به مرگ و یا آسیب گیاه شوند، می گردد. مواد حدواسط این کار را انجام می دهند چرا که تبدیل موثر نور به انرژی شیمیایی را با ادامه تابش نور خورشید نمی‌توان متوقف کرد. گیاهان با بکارگیری یک روند عالی، از خود در برابر تخریب احتمالی محافظت می نمایند. جهت درک بهتر این فرآیند، محققان مرکز ASU ملکولی را طراحی کردند که آن چه در طبیعت اتفاق می افتد را تقلید می کنند.

گیاهان، ارتباطی دو جانبه با نور دارند. آنها برای زندگی به نور
نیازدارند اما نور شدید باعث تولید مواد حد واسط شیمیایی با انرژی بالا
که می توانند منجر به مرگ و یا آسیب گیاه شوند، می گردد.

مواد حدواسط این کار را انجام می دهند چرا که تبدیل موثر نور به انرژی
شیمیایی را با ادامه تابش نور خورشید نمی‌توان متوقف کرد. گیاهان با
بکارگیری یک روند عالی، از خود در برابر تخریب احتمالی محافظت می
نمایند.

جهت درک بهتر این فرآیند، محققان مرکز ASU ملکولی را طراحی کردند که آن
چه در طبیعت اتفاق می افتد را تقلید می کنند.

در طبیعت، گیاهان از طریق جذب غیر نوری شیمیایی (NPQ) از خود در برابر
تابش اشعه آفتاب محافظت می نمایند. در این روش انرژی اضافی به صورت
گرما منتشر شده، در نتیجه مواد مخرب با انرژی بالا تولید نمی‌شوند.
ملکول ساخته شده توسط محققان نیز به همین منوال عمل می کند.

این ترکیب، انرژی نوری جذب شده را به انرژی الکتروشیمیایی تبدیل کرده و
در عین حال با افزایش شدت تابش این میزان تبدیل، کاهش می یابد. ملکول
طراحی شده بوسیله محققان دارای چندین جزء است. دو آنتن جمع کننده نور –
یک پورفیرین دهنده الکترون، یک فولرین پذیرنده و یک بخش کنترلی که بطور
برگشت پذیر در اثر تابش نور به دی‌هیدرو‌ایندولیزین و یا بتائین تبدیل
می‌شود.

در اثر تابش نور سفید ( نور خورشید) به محلول حاوی این ملکول‌ها، نور
بوسیله پورفیرین جذب شده و به انرژی پتانسیل الکتروشیمیایی تبدیل
می‌شود. با افزایش شدت تابش دی‌هیدروایندولیزین در برخی ملکول‌ها به
ساختارملکولی دیگری بنام بتائین تبدیل می‌شود. در این حالت بتائین
انرژی تحریکی را از پورفیرین جذب کرده و آن را به گرما تبدیل می‌کند و
از تشکیل پتانسیل الکتروشیمیایی بیش از اندازه جلوگیری می‌کند. با
افزایش شفافیت نور، تعداد بیشتری از ملکول‌ها به حالت غیر فعال تبدیل
می‌شوند. از این رو تبدیل نور به انرژی الکتروشیمیایی کارایی کمتری
خواهد داشت. در این حالت ملکول با انطباق با محیط، رفتارش را با شدت
تابش نور کنترل می‌کند.

به گفته یکی از محققان این تحقیق از آن جهت اهمیت دارد که کارآیی تبدیل
انرژی را بهبود داده و از این رو برخی از نیازهای مرتبط با انرژی را
مرتفع خواهد ساخت.

نتایج این مطالعه در مجله Nature Biotechnology منتشر شده است.