نانوکپسول‌هایی برای فتوسنتز مصنوعی

محققان دانشگاه Würzburg، پیشرفت‌های قابل توجهی را در زمینه‌ی ایجاد فتوسنتز
مصنوعی انجام دادند. آنها هزاران مولکول شبیه به هم را درون یک ماده به شکل کپسول
قرار دادند و ساختار پیچیده‌ای را ایجاد نمودند. این کپسول ۲۰ تا ۵۰ نانومتری می‌تواند
در ایجاد فتوسنتز مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد.

در پدیده‌ی فتوسنتز، نور خورشید به‌وسیله‌ی مولکول‌هایی جذب و از طریق مولکول‌های
واسطه در گیاه منتقل می‌گردد و در نهایت به شکل شیمیایی ذخیره می‌شود. این ذخیره‌سازی
به شکل هیدرات کربن است و بعدها به مصرف جانداران دیگر می‌رسد. مشابه این پدیده می‌تواند
در نانوکپسول ساخته‌شده در دانشگاه Würzburg اتفاق بی‌افتد، یعنی مولکول‌های مورد
نیاز درون نانوکپسول قرار گرفته، پدیده‌ی فتوسنتز مصنوعی انجام شود. البته می‌توان
بازده فرایند را بیشتر از فتوسنتز طبیعی کرد و به این شکل غشاء سطحی به شکلی طراحی
شود که در محدوده‌های وسیع‌تری از طول موج، نور را جذب کند.

تهیه‌ی ساختارهای بسیار ظریف در دنیای شیمی امری عادی نیست، به همین دلیل خیلی هم
تعجب‌برانگیز نیست که نانوکپسول ساخته‌شده در دانشگاه Würzburg را در صفحه‌ی اول
نشریه‌ی Nature Chemistry ببینیم.

جنس این نانوکپسول از ترکیبات آمفی‌فیلیک (ترکیباتی که دارای گروه‌های عاملی حل‌شونده
در آب و هم غیر حل‌شونده در آب هستند) بیسمید پریلن است. اگر این ترکیب در آب قرار
گیرد به شکل کپسول درمی‌آید؛ اما پایدار نیست. تنها در صورتی که با تابش نور
فتوپلیمریزه گردد در محیط آبی پایدار می‌شود (صرف نظر از این که pH محیط چقدر باشد)
. درون این کپسول با ترکیبات بیسپیرن پر می‌شود؛ بیسپیرن‌ها قادرند شکل خود را
متناسب با محیط تغییر دهند، به‌طوری که در محیط‌های اسیدی آنها حالت کشیده به خود
می‌گیرند و اگر در این محیط به آنها پرتو فرابنفش تابیده شود، نور فلورسانس آبی از
خود منتشر می‌کنند. با افزایش pH محیط مولکول شروع به خمیده شدن و انتشار نور
فلورسانس سبز می‌کند. در این حالت بیسپیرن پوسته‌ی کپسول را تحریک و پوسته‌ی نور
قرمز را منتشر می‌کند؛ بنابراین می‌توان از این کپسول‌ها به‌عنوان حسگرهای زیستی در
تشخیص اسیدیته محیط استفاده کرد. در واقع علاوه بر فتوسنتز مصنوعی، می‌توان دستگاه
اندازه‌گیری pH با حساسیت بسیار بالا در حد نانومقیاس را با این نانوکپسول‌ها ساخت،
همچنین از این نانوکپسول‌ها می‌توان در تشخیص پزشکی نیز استفاده کرد؛ به این شکل که
سطح کپسول را به ساختارها ویژه‌ای پوشش داده به طوری که بتوانند به سطح تومور
بچسبند، سپس با استفاده از خاصیت نشر فلورسانس آنها محل تومور را شناسایی کرد.

این دو کاربرد (سنجش اسیدیته و تشخیص تومور) موضوع فعلی تحقیق این گروه تحقیقاتی
است .