אנטנות של דנ”א לקליטת אנרגיה סולארית

חוקרים מאוניברסיטת קאלמרס בשבדיה מצאו פתרון יעיל לקליטת אור שמש לשם ביצוע תהליך פוטוסינתזה מלאכותי. באמצעות תהליך של התגודדות עצמית של מולקולות דנ”א יחד עם מולקולות צבע פשוטות, החוקרים פיתחו מערכת שדומה למערכת קליטת האור הקיימת בטבע.

חוקרים מאוניברסיטת קאלמרס בשבדיה מצאו פתרון יעיל לקליטת אור שמש לשם ביצוע תהליך פוטוסינתזה מלאכותי. באמצעות תהליך של התגודדות עצמית של מולקולות דנ”א יחד עם מולקולות צבע פשוטות, החוקרים פיתחו מערכת שדומה למערכת קליטת האור הקיימת בטבע.

פוטוסינתזה מלאכותית מהווה נושא מחקר מרתק בתחום של חקר אנרגיה. חלק ניכר מבעיות האנרגיה של העולם דהיום יכול היה להיפתר אם היינו מצליחים לשכפל את היכולת של הצמחים להמיר אנרגיה סולארית המגיעה מהשמש לדלק. לפני השטח של כדור הארץ מגיעה מדי שעה כמות של אנרגיה סולארית המספיקה לכל ביקושי האנרגיה שלנו למשך שנה שלמה.

צוות מחקר מאוניברסיטת צ’אלמרס בשבדיה הביא לפריצת דרך ננוטכנולוגית בצורת השלב הראשון לפיתוח מערכות מלאכותיות המבצעות פוטוסינתזה. הצוות הדגים כי אפשר לנצל מולקולות דנ”א המתגודדות עצמאית בתור מערכת פיגומים לבניית מערכות מלאכותיות המסוגלות לקלוט ולאגור קרינת שמש. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת המדעי Journal of the American Chemical Society.

מערכת הפיגומים בצמחים ובאצות מורכבת ממספר ניכר של חלבונים שבהם מאורגנות מולקולות הכלורופיל כך שניתן יהיה לאסוף אור שמש באופן היעיל ביותר. המערכת כולה מורכבת ביותר ולא ניתן לשכפל אותה במלואה באופן מלאכותי. “הכל קשור בשאלה איזה קשר כימי מתפרק,” אומר אחד מהחוקרים. “אם משתמשים במולקולת דנ”א במקום בחלבונים לשם ארגון המולקולות קולטות האור, אומנם לא ניתן להגיע לאותה רמת דיוק אך ניתן ליצור מערכת דינמית המתגודדת באופן עצמאי.”

עם מערכת הבונה את עצמה, החוקרים התחילו להתקרב לתהליך הקיים בטבע. אם אחת מהמולקולות קולטות האור מתפרקת, ניתן להחליף אותה במולקולה שנייה בהמשך. בהקשר זה, זו מערכת המתקנת את עצמה, וזאת בניגוד למערכת המתקבלת באמצעות כימיה אורגנית סינתטית רגילה.

בטבע עצמו, קרני השמש מגיעות למרכז תגובה הנמצא בתוך הצמחים והאצות כאשר אנרגיה זו מנוצלת לסינתזת סוכרים ומולקולות עתירות אנרגיה אחרות. “אנו יכולים להעביר אנרגיה למרכז התגובה, אולם עדיין לא הבנו במדויק כיצד מתרחשות שם התגובות השונות,” אומר Bo Albinsson, פרופסור לכימיה פיזיקלית והכותב הראשי של המאמר המתאר את תוצאות הניסויים. “זהו למעשה החלק המאתגר ביותר במערכות לפוטוסינתזה מלאכותית. הדגמנו כי ניתן לבנות בקלות את “האנטנה” הדרושה לקליטת האור. שכפלנו את החלק הזה של נס הבריאה הטבעית.”

במחקרם זה, המדענים משלבים מערכת פוטוסינתטית מלאכותית יחד עם ננוטכנולוגיה המבוססת על דנ”א. כאשר בונים ננו-עצמים, מולקולות הדנ”א הוכחו כחומרי בניין מעולים. זאת לאור העובדה כי לגדילי הדנ”א יש את היכולת להיקשר אחד לשני באופן קבוע מראש. כל עוד מספקים את הוראות הארגון הנכונות מלכתחילה, גדילי דנ”א במבחנה יכולים להישזר אחד מסביב לשני כמעט בכל צורה ומבנה שנחפוץ זו.

“זה דומה לתצרף שבו החלקים הרבים והשונים מתאימים אחד לשני באופן יחיד ובלבדי,” מסביר החוקר. “זו הסיבה שבגינה אנו יכולים ליצור מבנה מורכב יחסית “על הנייר” ואז לדמיין איך זה יראה במציאות. לאמיתו של דבר, השתמשנו בסגולות אלו בדיוק של מולקולות הדנ”א בכדי לשלוט בצורה שבה ניתן לקלוט את קרני השמש”.
הידיעה על המחקרה