مادة غريبة مصنوعة من الصابون يمكن استخدامها في البناء الضوئي

بقلم كارميلا بادافيك- كالاهان

يمكن استخدام غشاء صابوني Soap film يختلف أحد جانبيه كيميائياً عن الجانب الآخر في عملية البناء (التمثيل) الضوئي Photosynthesis الاصطناعي في المستقبل.

«جميع أغشية الصابون والفقاعات الأخرى التي تم صنعها في تاريخ البشرية كانت هي نفسها على كلا الجانبين». ويقول ليف هامرستروم  Leif Hammarström، من جامعة أوبسالا في السويد Uppsala University: «حالياً، نصنع أولى القطع التي ليست متناظرة».

ابتكر هامرستروم وزملاؤه هذه الأغشية في محاولة لتصميم جهاز يعتمد على الصابون للقيام بالبناء الضوئي، وهو التفاعل الكيميائي الذي تستخدمه النباتات لتحويل ضوء الشمس إلى مركبات تحتاج إليها للنمو. ولكن الحسابات والمحاكاة الحاسوبية لهذه العمليات في أغشية الصابون أظهرت للباحثين أنهم لا يستطيعون محاكاة عملية البناء الضوئي إلا إذا كان وجها الغشاء مختلفين كيميائيا. أما إذا كانت متطابقة، فسيعرض الجهاز إلى ما يشبه دائرة قِصَر في البطارية Battery short circuiting.

لا تختلف جوانب الغشاء الواحد بشكل طبيعي، لذلك كان على الفريق تعديل الكيمياء دون تدمير الغشاء الرقيق. فقد كانت طرق مثل سَحْب مواد كيميائية مختلفة على كل جانب مدمرة جداً، لكن الباحثين وجدوا في النهاية أن رش جزيئات مختلفة على كل جانب من الغشاء قد أدى الغرض.

وبهذه الطريقة، قاموا مراراً وتكراراً بإنشاء عينات صغيرة من أغشية الصابون التي تدوم لبضع دقائق في كل مرة، ولها جانبان مختلفان كيميائياً. تستجيب الجزيئات التي رشوها للضوء، مما ساعد الباحثين على التأكد من أن جانبي الغشاء مختلفان، وأنهما يمثلان بديلاً مناسباً للجزيئات الحساسة للضوء اللازمة لعملية البناء الضوئي. في الطبيعة، تستخدم النباتات والبكتيريا الطاقة من ضوء الشمس لمعالجة الماء وثاني أكسيد الكربون كيميائياً وتحويلهما إلى سكر يمكن أن يغذي نموها. وبالمثل، سيسمح  غشاء  الصابون بتفاعلات كيميائية مع الماء على أحد جوانبه، ومع ثاني أكسيد الكربون على الجانب الآخر، من أجل إنتاج مواد كيميائية مفيدة مثل أنواع مستحدثة من الوقود.

لا تُمكِّن هذه الأغشية من إجراء عملية البناء الضوئي بعد، ولكن، إلى جانب النموذج الأولي لجهاز يمكنه الاستمرار في إنتاج العديد من الأغشية واحداً تلو الآخر، تعد التجربة الجديدة خطوة أساسية نحو ذلك.

«لدينا الآن كل القطع الضرورية، وهي تعمل بشكل مستقل»، كما يقول عضو الفريق سيلفستر بونيت Sylvestre Bonnet، من جامعة ليدن في هولندا. ويتابع قائلا: «بعد ذلك، يتعين علينا دمجها في جهاز واحد». كما أن الصابون أقل تكلفة بكثير ويستهلك طاقة أقل لتصنيعه مقارنة بأجهزة البناء الضوئي الاصطناعية التي تستخدم مكونات أكثر صلابة، كما يقول إندرانيل سين Indraneel Sen، من شركة واسابي للابتكار Wasabi Innovations في بلغاريا، الذي عمل في المشروع.

يقول حامد كيلاي Hamid Kellay، من جامعة بوردو University of Bordeaux في فرنسا إن أغشية الصابون مثل هذه تمثل تقليداً جيداً للأغشية والجزيئات المهمة لعملية البناء الضوئي في الطبيعة. ويضيف قائلا: «إذا كنت تريد أن تستلهم الطبيعة، التي تقوم بالبناء الضوئي بشكل جيد جدا، فقد تكون هذه طريقة مناسبة».

© 2024, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC