Güçlü ve yeni bir molekül üretildi: Dünyadaki içilebilir su miktarını artıracak!
Araştırmacılar, tuzun sıvıdan çıkarılması için güçlü ve yeni bir molekül ürettiler. Bu çalışma Dünyadaki içilebilir su miktarını artırmaya yardımcı olacak potansiyele sahip. Yeni molekül, on yıl önce ürettilen benzer bir yapıya kıyasla yaklaşık 10 milyar kez iyileştirildi.
Peki bu yenilik nasıl oldu ve gündem olarak haber oldu?
Bir nevi daha iyi bir tuzak kuruldu: Indiana Universitesi araştırmacıları klorürü yakalamak için moleküler bir ‘kafes’ sentezledi
Yun Liu, 3D-basılmış klorür yakalama molekül modelini tutarken. Fotoğraf Fred Zwicky @ Urbana-Champaign Illinois Üniversitesi
Önceden çok zayıf sayılan kimyasal bağlar kullanılarak inşa edilen yeni molekül, on yıl önce İÜ’de oluşturulan benzer yapıya kıyasla yaklaşık 10 milyar kez iyileştirildi. Molekülün tasarımı bugün Science dergisinde rapor edildi.
Çalışmayı doktora olarak yöneten Yun Liu, “Bu molekülün bir milyonda birini bir metrik ton suya yerleştirirseniz, yüzde 100’ü bir tuz tutabilecektir” James F. Jackson Kimya Profesörü ve Luther Dana Waterman, IU Bloomington Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü’nde Profesör olan Amar Flood’un laboratuvarında öğrenci.
Molekül, element klorun bir elektron elde etmek üzere başka bir elementle eşleşmesi durumunda oluşan klorürü yakalamak için tasarlanmıştır. En bilinen klorür tuzu sodyum klorür veya genel sofra tuzu şeklindedir. Diğer klorür tuzları potasyum klorür, kalsiyum klorür ve amonyum klorürdür.
Aynı zamanda insan nüfusu artmaya devam ederken, tatlı su sistemlerine tuz sızması tüm dünyada içilebilir sulara erişimi azaltmaktadır. Sadece ABD’de, ABD Jeolojik Araştırmaları, tuzlar dahil yaklaşık 272 metrik ton çözünmüş katı maddenin yıllık tatlı su akışlarına girdiğini tahmin etmektedir. Katkıda bulunan faktörler arasında yağ ekstraksiyonuna katılan kimyasal prosesler, yol tuzları ve su yumuşatıcılarının kullanımı ve kayanın doğal yıpranması bulunur. Beş galon suyu kalıcı olarak kirletmek sadece bir tatlı kaşığı tuz alır.
Altı triazol molekülünün bilgisayar tarafından oluşturulan bir görüntüsü. Görüntü Yun Liu, Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nden
Oluşturulan yeni tuz özütleme molekülü, altı triazol “motif” ten (azot, karbon ve hidrojenden oluşan beş üyeli halkalar) ve birlikte klorürü mükemmel şekilde şekillendirmek için üç boyutlu bir “kafes” oluşturan üçlü halkadan oluşur. 2008’de Flood’un laboratuvarı, dört triazol kullanan, düz bir donut şeklinde iki boyutlu bir molekül üretti. İki ekstra triazol, yeni moleküle, üç boyutlu şeklini ve etkinlik bakımından 10 milyar kat artış sağlıyor.
Molekül ayrıca benzersizdir, çünkü daha önce azot-hidrojen bağlarının geleneksel kullanımına kıyasla klorür ile kararlı etkileşimler oluşturmak için çok zayıf olarak kabul edilen karbon-hidrojen bağları kullanarak kloridi bağlar. Beklentilere rağmen, araştırmacılar triazol kullanımının, merkezde klorür iyonları çeken bir vakum oluşturacak kadar sağlam bir kafes oluşturduğunu buldu.
Buna karşılık, azot-hidrojen bağları olan kafesler genellikle daha esnektir ve klorür yakalama için gereken vakum benzeri merkezleri enerji girişi gerektirir ve bu sayede triazol bazlı bir kafes ile karşılaştırıldığında verimlilik düşer.
Flood, “Molekülümüzü alıp, daha güçlü bağlar kullanan diğer kafeslere karşı biriktirmek istiyorsanız, performans artışında birçok büyüklükten söz ediyoruz” dedi. “Bu çalışma, moleküler kafeslerin tasarımında katılığın önemsiz olduğunu gösteriyor.”
Amar Flood. Fotoğrafı çeken Eric Rudd, Indiana Üniversitesi
Sertlik, aynı zamanda, merkezi klorür kaybolduktan sonra aynı esneklik nedeniyle aynı koşullar altında çöken diğer tasarımlara kıyasla molekülün şeklini korumasını sağlar. Bu, moleküle daha fazla etkinlik ve çok yönlülük kazandırır.
Son olarak, iş tekrarlanabilir. İlk molekülün sentezlenmesi neredeyse bir yıl sürdü, molekülün eşsiz yapısını doğrulamak için gereken kristaller deneyden sonra laboratuvarda bıraktıktan sonra oluşmuş olduğunu onaylamak için gereken kristallerin deneysel olarak aylarca bekletiliyor. genellikle dikkatli izleme gerektirir. Daha sonra, Flood’un laboratuarında doktora sonrası araştırmacı olan Wei Zhao, molekülü birkaç ay içinde yeniden oluşturabildi.
Liu, kristalin oluşumunun “eureka” anını temsil ettiğini ve molekülün eşsiz tasarımının gerçekten uygulanabilir olduğunu kanıtladığını söyledi.
Çalışmadaki son yazar, çalışma sırasında IU Moleküler Yapı Merkezi’nde yardımcı bir bilim adamı olan Chun-Hsing “Josh” Chen’dir ve çalışma sırasında molekülün yapısını X-ışını kristalografisi kullanarak doğrulayan da bu bilim insanıdır. Liu şu anda Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırma görevlisidir.
Bu çalışma kısmen ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklenmiştir. Çalışmalara ilişkin patent başvurusu İÜ’nün İnovasyon ve Ticarileştirme Ofisi tarafından yapılmıştır.
Yorum yapın