Los científicos de la Universidad de Indiana han creado un biomaterial altamente eficiente que cataliza la formación de hidrógeno: la mitad del "santo grial" de dividir H2O para producir hidrógeno y oxígeno para alimentar autos baratos y eficientes que funcionan con agua.
Este nuevo material es 150 veces más eficiente que la forma inalterada de la enzima una enzima modificada que gana fuerza al estar protegida dentro de la cubierta de la proteína, o "cápside" de un virus bacteriano.
El proceso de creación del material se informó recientemente en "Catalizadores biomoleculares de autoensamblaje para la producción de hidrógeno" en la revista Química de la naturaleza .
"Esencialmente, hemos tomado la capacidad de un virus de autoensamblar innumerables componentes genéticos e incorporamos una enzima muy frágil y sensible con la notable propiedad de absorber protones y escupir gas hidrógeno", dijo Trevor Douglas, Earl BloughProfesor de Química en el Departamento de Química del IU Bloomington College of Arts and Sciences, quien dirigió el estudio: "El resultado final es una partícula similar a un virus que se comporta igual que un material altamente sofisticado que cataliza la producción de hidrógeno".
Otros científicos de IU que contribuyeron a la investigación fueron Megan C. Thielges, profesora asistente de química; Ethan J. Edwards, estudiante de doctorado; y Paul C. Jordan, investigador postdoctoral en Alios BioPharma, quien fueEstudiante de doctorado de IU en el momento del estudio.
El material genético utilizado para crear la enzima, la hidrogenasa, es producido por dos genes de la bacteria común Escherichia coli, insertada dentro de la cápside protectora utilizando métodos desarrollados previamente por estos científicos de IU. Los genes, hyaA y hyaB, son dos genes enE. coli que codifica subunidades clave de la enzima hidrogenasa. La cápside proviene del virus bacteriano conocido como bacteriófago P22.
El biomaterial resultante, llamado "P22-Hyd", no solo es más eficiente que la enzima inalterada, sino que también se produce a través de un simple proceso de fermentación a temperatura ambiente.
El material es potencialmente mucho menos costoso y más ecológico de producir que otros materiales utilizados actualmente para crear celdas de combustible. El platino metálico costoso y raro, por ejemplo, se usa comúnmente para catalizar hidrógeno como combustible en productos como productos de alta gamaconcept cars.
"Este material es comparable al platino, excepto que es verdaderamente renovable", dijo Douglas. "No es necesario extraerlo; puede crearlo a temperatura ambiente a gran escala utilizando la tecnología de fermentación; es biodegradable. Es muyproceso verde para hacer un material sostenible de muy alta calidad "
Además, P22-Hyd rompe los enlaces químicos del agua para crear hidrógeno y también funciona a la inversa para recombinar hidrógeno y oxígeno para generar energía ". La reacción funciona en ambos sentidos: puede usarse como catalizador de producción de hidrógenoo como un catalizador de pila de combustible ", dijo Douglas.
La forma de hidrogenasa es una de las tres que se producen en la naturaleza: di-hierro FeFe -, solo hierro solo Fe - y níquel-hierro NiFe -hidrogenasa. Se seleccionó la tercera forma para el nuevo materialdebido a su capacidad de integrarse fácilmente en biomateriales y tolerar la exposición al oxígeno.
NiFe-hidrogenasa también adquiere una resistencia significativamente mayor tras la encapsulación a la descomposición de productos químicos en el medio ambiente, y retiene la capacidad de catalizar a temperatura ambiente. Sin embargo, la NiFe-hidrogenasa inalterada es altamente susceptible a la destrucción de productos químicos en el medio ambiente yse descompone a temperaturas superiores a la temperatura ambiente, lo que hace que la enzima no protegida sea una mala elección para su uso en la fabricación y productos comerciales como los automóviles.
Estas sensibilidades son "algunas de las razones clave por las que las enzimas no han cumplido con su promesa en tecnología", dijo Douglas. Otra es su dificultad para producir.
"Nadie ha tenido una manera de crear una cantidad lo suficientemente grande de esta hidrogenasa a pesar de su increíble potencial para la producción de biocombustibles. Pero ahora tenemos un método para estabilizar y producir grandes cantidades de material, y enormes aumentos en la eficiencia," él dijo.
El desarrollo es muy significativo según Seung-Wuk Lee, profesor de bioingeniería en la Universidad de California-Berkeley, que no formó parte del estudio.
"El grupo Douglas ha liderado el desarrollo de nanomateriales basados en proteínas o virus durante las últimas dos décadas. Este es un nuevo trabajo pionero para producir combustibles verdes y limpios para abordar el problema energético del mundo real que enfrentamos hoy y hacer unimpacto inmediato en nuestra vida en el futuro cercano ", dijo Lee, cuyo trabajo ha sido citado en un informe del Congreso de los Estados Unidos sobre el uso de virus en la fabricación.
Más allá del nuevo estudio, Douglas y sus colegas continúan creando P22-Hyd en un ingrediente ideal para el poder del hidrógeno mediante la investigación de formas de activar una reacción catalítica con la luz solar, en lugar de introducir elecciones utilizando métodos de laboratorio.
"Incorporar este material en un sistema de energía solar es el siguiente paso", dijo Douglas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Indiana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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