Index
ورود کاربر
Telegram RSS ارسال به دوستان نسخه چاپی ذخیره خروجی XML خروجی متنی خروجی PDF
کد خبر : 178306
تاریخ انتشار : 5 خرداد 1394 0:0
تعداد مشاهدات : 14

موفقیت محققان دانشگاهی در استخراج پروتئین فتوسیستم از اسفناج

علمي و فناوري - علم و فناوري ايران: پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت ایران موفق به استخراج پروتئین فتوسیستم 1 از اسفناج شدند. به گزارش سرویس علمی ایسنا، سیده طلیعه غیاثی، امیر بهادر زینلی، ستاره کاظم زاده از دانشجویان کارشناسی ارشد فیزیک شاخه حالت جامد دانشگاه علم و صنعت ایران با راهنمایی مشترک دکتر رسول اژئیان، سرپرست آزمایشگاه لایه نازک دانشگاه علم و صنعت ایران و دکتر غلامحسین ریاضی، سرپرست آزمایشگاه نئوارگانیک انستیتو بیوفیزیک و بیوشیمی دانشگاه تهران موفق به این مهم شده اند. فتوسنتز فرآیندی چندمرحله ای است که با دریافت انرژی فوتون های فرودی توسط کلروفیل های موجود در کمپلکس های جمع کننده نور(LHCP) آغاز می شود. مجموعه حاوی پروتئین و رنگدانه های کلروفیل و کاروتنوئید، فتوسیستم نام دارد که مرکز فرآیند فتوسنتز هستند. دو نوع فتوسیستم 1 و 2، با نقشی مکمل به همراه پروتئین ها و آنزیم های واسط، چرخه تبدیل انرژی را تکمیل می کنند. فتوسیستم ها، فتودیودهای بی نقص طبیعی هستند که پس از جذب انرژی فتون ها برانگیخته شده و با سرعت و بازدهی بسیار بالا به جفت ویژه ای از کلروفیل ها 14(P700) type="#_x0000_t75"> می رسند و موجب تولید اکسایتون (الکترون- حفره مقید) در این ناحیه می شوند. سپس در زمان کوتاه 10 تا 30 پیکوثانیه این اکسایتون ها به حامل های بار آزاد ( الکترون و حفره آزاد) تجزیه شده و پس از این جدایی، الکترونه ای برانگیخته در 14P700 type="#_x0000_t75"> به عنوان دهنده الکترون، در طول زنجیره با پیوندهای مضاعف به سمت بخش گیرنده الکترون در ساختار فتوسیستم شروع به حرکت کرده و نهایتاً به خوشه های سولفید آهن (4Fe-4S) می رسند. ویژگی های منحصر به فرد فتوسیستم 1 از قبیل ضریب جذب بالای نور خورشید، بازدهی کوآنتومی نزدیک به صد درصد، توانایی ایجاد اختلاف پتانسیلی در حدود یک الکترون ولت، این فتودیود را ماده فعال مناسبی برای سیستم های فتوولتائیک می کند. اخیراً برخی از گروه های دانشگاهی دنیا، مستقل از هم با استخراج پروتئین فتوسیستم 1 (PS1) از برگ گیاهان و یا از باکتری ها، تحقیقاتی را در زمینه ساخت سیستم های بیوفتوولتائیک آغاز کرده اند. نتایج این تحقیقات، از عملکرد قابل توجه فتوسیستم ها در سلول های خورشیدی الکترولیتی و حالت جامد از سازگاری این کمپلکس ها با لایه های گرافن، نانولوله های کربنی و سایر ترکیبات متداول در سیستم های فتوولتائیکی حکایت می کند. اگرچه بازدهی این سلول های خورشیدی بیوهیبریدی نسبت به انواع دیگر سلول های خورشیدی پایین تر است، اما با توجه به فراوانی و زیست سازگاری فتوسیستم ها به عنوان ماده فعال، دورنمایی مناسب را پیش روی بشر می گذارد. در تحقیقات اخیر دانشگاه واندربیلت آمریکا، کمپلکس پروتئین PS1 برای افزایش جذب نور خورشید در سلول های معدنی پایه سیلیسیومی مورد توجه قرار گرفت و به دلیل افزایش بازدهی قابل توجه مشاهده شده، گزارش هایی از آن در مجله معتبر Advanced Materials منتشر شده است. همچنین اولین گزارش در زمینه ساخت سلول بیوفتوولتائیک حالت جامد با استفاده پروتئین فتوسیستم 1، استخراج شده از نوعی باکتری (سیانوباکتری)، توسط دانشگاه گرونینگن در هلند در سال 2014 منتشر شده است. در این سلول از PS1 به عنوان ماده فعال، یعنی ماده ای که خود در جذب فوتون، جدایی حاملین بار و انتقال آنها بصورت مستقیم دخالت دارد، استفاده شده است. اگرچه راندمان این سلول پایین است، اما به عنوان اولین کار منتشر شده، شایان توجه است. همزمان در ایران نیز برای نخستین بار با مشارکت دو مرکز دانشگاهی فعالیت قابل توجهی در زمینه استخراج پروتئین فتوسیستم 1 (PS1) از اسفناج و ساخت دو نوع سلول بیوفتوولتائیک الکترولیتی و حالت جامد انجام گرفته است. اگرچه گزارش کار محققان ایرانی در این مورد هنوز منتشر نشده است، اما نتایج به دست آمده افزایش قابل توجه بازدهی سلول های ساخته شده با پروتئین اسفناج را در ساختار نوین این سلول ها نشان می دهد. امروزه شاهد گرایش ویژه ای به سمت به کارگیری ساختارهای زیستی و بیومولکول ها در سیستم های فتوولتائیک هستیم. علاوه بر آنچه ذکر شد، فعالیتهایی نیز در زمینه انواع دیگر سیستم های بیوفتوولتائیک مانند سلول های سلولزی تولید شده از ساقه های گیاهان در چند مرکز معتبر دنیا مانند دانشگاه جورجیای آمریکا توسعه یافته که نتایج آن در سال های 2013 و 2014 به چاپ رسیده است. استفاده از مواد زیستی و غیر آلاینده امکان ساخت سلول های آلی ارزان، انعطاف پذیر، تجدید پذیر و زیست سازگار را فراهم کرده است. اگرچه تأمین انرژی الکتریکی از سوخت هیدروکربن های فسیلی هنوز با راندمان بیشتری از سلول های فتوولتائیک آلی، معدنی و بیوفوتوولتائیک تولید می شوند، اما با نظری عمیق تر به آلایندگی های سوخت های فسیلی و ارزش افزوده بالقوه هدررفته هیدروکربن های با ارزش آلی، برق فسیلی فوق العاده گرانتر از برق خورشیدی است. آلاینده های خروجی از نیروگاه های برق فسیلی، عوارض متعددی را در محیط زیست ایجاد می کنند که یکی از آنها امراض گوناگونی است که ضمن آسیب رسانی به سلامت و کیفیت زندگی مردم، هزینه درمانی خانواده را نیز افزایش می دهد. گذشته از این با تبدیل این هیدروکربن ها به لاستیک های پیشرفته مانند پلیمرهای رسانا و نیمه رسانای آلی ارزش افزوده چندین هزار برابری بالقوه آن ها، بالفعل درآمده و از هدررفتن آنها به عنوان سوخت بخاری ها و نیروگاه های فسیلی جلوگیری می شود. برای مثال یک گرم ماده آلی فعال سلول خورشیدی مانند PCBM بیش 3000 دلار قیمت دارد. اگر هدر رفتن ارزش واقعی قابل افزایش هیدروکربن های فسیلی، هزینه های درمان بیماری های ناشی از پسماند آنها و همچنین نابودی آثار باستانی در اثر باران های اسیدی را بر قیمت برق فسیلی سرشکن کنیم، برق فسیلی به هیچ وجه مزیت قیمتی هم نخواهد داشت. هیدروکربن های فسیلی به عنوان طلای سیاه در زمره ثروت های زیرزمینی تجدیدناپذیر میراث آیندگان است که سوزاندن بی رویه آن در نیروگاه های فسیلی ما ظلمی آشکار نه تنها در حق نسل آینده کشورهای نفت خیز، بلکه بر تمام نسل های آینده بشری است. لذا به نظر می رسد استفاده از انرژی های سازگار با محیط زیست و تجدید پذیر مانند سیستم های بیوفتوولتائیک، ضمن تامین قسمتی از انرژی مورد نیاز بشر، دورنمای مناسبی برای بقای نسل ها، حفظ سلامت محیط زیست، عدم کاهش ذخایر آب شیرین، جلوگیری از گرمایش زمین در اثر گازهای گلخانه ای را ترسیم کند. گام بعدی تحقیقاتی باید در جهت توسعه و افزایش راندمان تبدیل فوتون های نور خورشید به الکتریسیته در سیستم های بیوفتوولتائیکی برداشته شود. مطالعه رفتار شگفت انگیز برگ درختان می تواند راهنمای مناسبی در افزایش بهره وری سلول های بیوفتوولتائیک باشد. بر اساس این گزارش، از ابتدای آفرینش بشر، طبیعت همواره الگو و راهنمایی مناسب برای آموزش بوده است. طبیعتی شامل گیاهان و حیواناتی که طی هزاران سال تکامل، بستری مناسب برای زندگی انسان فراهم کرده و نقش کارآمد آن با گذشت زمان، حتی با ورود تکنولوژی های پیشرفته امروزی هم چنان پابرجا باقی مانده است. در این میان شاهد هستیم که مهمترین چرخه حیات یعنی فتوسنتز با دریافت انرژی خورشیدی در طبیعت ادامه می یابد و این انرژی بعد از تبدیل به انرژی الکتریکی طی زنجیره های پربازده انتقال الکترون به انرژی شیمیایی و سپس به کربوهیدرات ها و سایر ترکیبات آلی تبدیل می شود. فرآیند بی نقص فتوسنتز در ساختار گیاهان، جلبک ها و بسیاری از باکتری ها که از کامل ترین و ایده آل ترین کارخانه های طبیعی تولید انرژی هستند، الهام بخش محققان برای ساخت سیستم های فتوولتائیک بوده است.