एक कदम जो निश्चित रूप से रसायनज्ञों और छोटे कारखानों के रूपकों का आनंद लेने वाले लोगों दोनों को प्रसन्न करेगा, शोधकर्ताओं ने एक खोखला CdS@polydopamine नैनोरिएक्टर बनाया है जो जीवित कोशिकाओं की दो प्रमुख विशेषताओं की नकल करता है। जर्नल ऑफ द अमेरिकन केमिकल सोसाइटी में प्रकाशित यह डिज़ाइन, सिंथेटिक नैनोमटेरियल्स के अंदर कोशिकाओं के अत्यधिक संगठित रासायनिक कार्यों को पुन: पेश करने का एक नया तरीका प्रदान करता है। चीनी विज्ञान अकादमी (CAS) के डालियान इंस्टीट्यूट ऑफ केमिकल फिजिक्स (DICP) के प्रो. ली कैन और इनर मंगोलिया विश्वविद्यालय के प्रो. जियान लियू की टीम इस सूक्ष्म चमत्कार के पीछे की प्रतिभा हैं।

कोशिकाएं मूल रूप से मूल ओवरअचीवर हैं: वे घटकों को कसकर नियंत्रित स्थानों में विभाजित करके असाधारण दक्षता और सटीकता के साथ जटिल जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं करती हैं। वैज्ञानिक, जो कभी भी जीव विज्ञान को अपने से आगे नहीं जाने देते, अब इन सिद्धांतों को इंजीनियर्ड नैनोमटेरियल्स पर लागू कर रहे हैं। नैनोसेल इंजीनियरिंग नामक यह क्षेत्र, विशेष सतहों और आंतरिक छिद्रों या गुहाओं के साथ कोशिका जैसी संरचनाएं बनाने का लक्ष्य रखता है। ये सिंथेटिक सिस्टम, जिन्हें अक्सर नैनोरिएक्टर कहा जाता है, अनिवार्य रूप से कोशिका जीव विज्ञान और नैनोटेक्नोलॉजी की संतान हैं।

नया नैनोरिएक्टर दो बायोमिमेटिक विशेषताओं को प्रदर्शित करता है। पहला, इसके पॉलीडोपामाइन शेल में एक गतिशील कैटेकोल/ओ-बेंजोक्विनोन रेडॉक्स जोड़ी है, जो प्रोटॉन पंप के बजाय प्रोटॉन रिले के रूप में कार्य करती है। यह जोड़ी प्रोटॉन-युग्मित इलेक्ट्रॉन ट्रांसफर (PCET) को तेज करती है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन एक साथ चलते हैं। दूसरा, इसमें एक कम्पार्टमेंटलाइज़्ड संरचना है: एक नैनोस्केल खोखली गुहा जो एक छिद्रपूर्ण शेल से घिरी होती है, जो एक सीमित वातावरण बनाती है जो फोटॉनों को फँसाती है और अभिकारकों को जमा होने देती है। यह अपने स्वयं के प्रतीक्षा कक्ष के साथ एक छोटी, सूर्य-संचालित रसायन विज्ञान प्रयोगशाला की तरह है।

ये विशेषताएं ऑक्सीजन कमी और पानी के ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया गति को संतुलित करने में मदद करती हैं, दो आधी-प्रतिक्रियाएं जिन्हें हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पादन के लिए सामंजस्य में काम करने की आवश्यकता होती है। जलीय घोल में दृश्य प्रकाश के तहत, नैनोरिएक्टर ने 3.24 mmol gcat.-1 h-1 की H2O2 प्रकाश संश्लेषण दर और 1.2% की सौर-से-रासायनिक रूपांतरण दक्षता हासिल की। यह सब कैसे काम करता है, यह जानने के लिए शोधकर्ताओं ने इन-सीटू स्पेक्ट्रोस्कोपी, फोटोकेमिकल विश्लेषण, परिमित तत्व सिमुलेशन और सैद्धांतिक गणनाओं का उपयोग किया। उन्होंने नैनोरिएक्टरों को सोडियम एल्गिनेट हाइड्रोजेल मैट्रिक्स में भी एम्बेड किया, जिससे ठोस, पुनर्चक्रणीय फोटोकैटलिस्ट बने जो प्राकृतिक सूर्य के प्रकाश के तहत लगातार H2O2 संश्लेषित कर सकते हैं और स्थिर प्रदर्शन बनाए रख सकते हैं।

"हमारा अध्ययन बायोमिमेटिक नैनोरिएक्टरों को इंजीनियर करने के लिए एक नई रणनीति प्रदान करता है जो जीवित कोशिकाओं के परिष्कृत कार्यों को तेजी से दोहराते हैं, कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण, ऊर्जा उत्प्रेरण और सिंथेटिक रसायन विज्ञान में नए अवसर खोलते हैं," प्रो. ली ने कहा। तो, अगली बार जब आप किसी पौधे को अपना प्रकाश संश्लेषण करते हुए देखें, तो बस याद रखें: हम इसे एक परखनली में करने के एक कदम और करीब हैं, लेकिन अधिक पॉलीडोपामाइन के साथ।