Tvari izrađene od obnovljivih materijala mogle bi se iskoristiti za pohranu plina, ali i u tehnologiji obrade hrane. Šećer, sol, alkohol i “malo sreće” odveli su znanstveni tim sa Sveučilišta Northwestern do otkrića nove vrste nano-struktura koje bi se mogle iskoristiti za pohranu plina, ali i u tehnologiji obrade hrane i lijekova. Što je najbolje: svi su dijelovi jestivi.

Porozni su kristali prvi poznati potpuno prirodne metalo-organske okosnice (MOF) koje je lako načiniti. Većina ostalih MOF-a izrađuju se iz naftnih derivata. S druge strane, MOF-e razvijene na Northwesternu možete ubaciti u usta i pojesti, što iz prve ruke mogu potvrditi članovi istraživačkog tima. “Okus im je blag, gorak poput krekera i umjetan”, iznosi Ronald A. Smaldone koji trenutačno pohađa postdoktorski studij na Sveučilištu Northwestern. “Još je važno naglasiti kako su svi osnovni materijali potpuno neotrovni, obnovljivi i široko dostupni. To nam daje ekološki izuzetno prihvatljiv način pohrane vodika kao goriva za vozila.” objašnjava Smaldone, vodeći autor članka o jestivim MOF-ima. Članak će biti objavljen u studenom i to na naslovnici znanstvenog časopisa Angewandte Chemie.

“Zahvaljujući ovom našem slučajnom otkriću, kuhinjska je kemija dobila potpuno novo značenje”, ističe Sir Fraser Stoddart, Board of Trustees profesor kemije na Weinberg fakultetu znanosti i umjetnosti pri Sveučilištu Northwestern. Implikacije onog što Sir Fraser naziva “kućna kemija tvog ujaka” vode sve do čišćeg zraka do zdravijeg života, a sve zahvaljujući proizvodu kojeg možete baciti u WC školjku. Stoddart se nalazio na čelu tima sastavljenog od tri studenta postdoktorskog studija kemije sa Sveučilišta Northwestern te kolega sa sveučilišta California, Los Angeles (UCLA) te Sveučilišta St. Andrews (U.K.)

Metalo-organske okosnice razgranate su kristalne strukture koje odlikuje visok stupanj uređenja. Na čvorištima smješteni su metali (poput bakra, cinka, nikla ili kobalta), dok organske molekule povezuju različita čvorišta. Zahvaljujući prostranim porama, MOF-i mogu učinkovito pohraniti različite vrste plinova poput vodika ili ugljičnog dioksida. Upravo iz tog razloga ove su strukture jednako interesantne i inženjerima i znanstvenicima. “Iskorištenje prirodnih proizvoda kao građevnih jedinica otvara potpuno nov smjer u staroj tehnologiji”, navodi Jeremiah J. Gassensmith, autor članka te jedan od postdoktoranata u Stoddartovom laboratoriju.

“Tehnologija zasnovana na metalo-organskim okosnicama prisutna je od 1999. godine, a oslanja se na kemikalije dobivene obradom sirove nafte”, objašnjava Ross S. Forgan, također jedan od postdoktoranata u Stoddartovom laboratoriju te ujedno i drugi autor članka. “Glavni sastavni dio jest molekula škroba, zaostala nakon proizvodnje kukuruza.” Za proizvodnju svojih jestivih MOF-a, znanstvenici nisu koristili obični kuhinjski šećer već gama-ciklodekstrin. Radi se o osmerokutnom prstenu šećera koji nastaje kao produkt kukuruznog škroba. Za sol možete iskoristiti kalijev klorid, uobičajenu zamjenu za sol, kalijev benzoat, kupovni konzervans za hranu. Alkohol korišten u ovom procesu bio je Everclear, žestoko piće načinjeno iz sjemenki.

Uz ove sastojke znanstvenici su zapravo pokušali naći nove prostorne rasporede molekula gama-ciklodekstrina. Na kraju svog rada proizveli su kristale. Nakon rentgenske analize kristalne strukture ostali su iznenađeni produktom. Nisu ni slutili kako će proizvesti metalo-organske okosnice, što uistinu nije mala stvar obzirom da su krenuli od prirodnih sastojaka.

“Simetrija je izuzetno važna za metalo-organske okosnice”, ističe Stoddart. “Glavni problem proizlazi iz činjenice da građevne jedinice prirodnog podrijetla ne odlikuje tako visoka simetrija. Zbog toga ti materijali ne mogu iskristalizirati u visoko uređene, porozne okosnice.” Ispada kako stvar spašava upravo gama-ciklodekstrin. On naime komprimira osam asimetričnih ostataka glukoze povezanim u prsten, koji je sam po sebi simetričan. Gama-ciklodekstrin i kalijeva sol otope se u vodi i potom kristaliziraju difuzijom plina uz prisustvo alkohola.

Iz otopine kristaliziraju kristali sastavljeni od kocki, a svaka se kocka sastoji od šest molekula gama-ciklodekstrina povezanih s ionima kalija u tri dimenzije. Takvo prostorno uređenje dosad nije bilo poznato. Znanstvenici se nadaju kako će ovo ujedinjavanje simetrije i asimetrije moći prenijeti i na ostale materijale. Kocke porozne okosnice s lako dostupnim porama, idealne su za zadržavanje plinova i malih molekula. Volumen pora zauzima čak 54% čitavog tijela.

“Ovaj nivo poroznosti postigli smo brzo i to upotrebom jednostavnih sastojaka”, navodi Smaldone. “Stvaranje metalo-organskih okosnica iz derivata nafte, s jedne strane može biti dugotrajno i vrlo skupo. Jednom kada shvatite kako je bi slučajne okolnosti mogle utjecati na pohranu energije, očuvanje okoliša, kontrolu kvalitete prehrambenih proizvoda i zdravstvenog sustava osjećate se ohrabreno, ali istovremeno i ponizno”, zaključuje Smaldone.

Izvor: Northwestern University

Tražili ste na google-u:

• porozni materijali (3)
• nanoštruktúra (2)
• gama-ciklodekstrin (1)
• prirodna nanostruktura (1)
• struktura alkohola (1)