Katalytische Protozellen erzeugen Sauerstoff
künstliche Zellen, die in der Lage sind, Sauerstoffgas zu produzieren und chemische Signale zu senden, wurden mit einer Kombination aus synthetischen und biologischen Katalysatoren in einer internationalen Zusammenarbeit zwischen der Universität Bristol und der Universität Padua in Italien hergestellt.
Dunkelfeldmikroskopie-Bild einer einzigen mehrteiligen Kapsel mit tausenden von katalytischen Protozellen, die Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoffgas zerlegen.
Dr. Pierangelo Gobbo and Dr. B. Pavan Kumar, University of Bristol
Von der Synthese von Medikamenten bis zur Erzeugung von Kunststoffen sind Katalysatoren - Stoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen, ohne verbraucht zu werden - das Rückgrat vieler industrieller Prozesse.
Katalysatoren gibt es in vielen Formen, wie anorganische Nanopartikel, organische Flüssigkeiten und wässrige Enzyme, und sie können mit festen Oberflächen verbunden werden, um ihre Leistung zu erhöhen.
In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Chemikern der Universität Bristol zwei verschiedene Arten von Katalysatoren verwendet, um einen neuen Typ von künstlichen Zellen zu entwickeln, die Wasserstoffperoxid zersetzen und Sauerstoff erzeugen können.
Das Team verwendete einen anorganischen Katalysator auf Rutheniumbasis in Form eines synthetischen Enzyms (Synzym) als Membranstrukturierungsmittel, um große Mengen an Sauerstoffblasen zu erzeugen, die sie dann zur Konstruktion synzymgetriebener schwimmfähiger Mikrokapseln nutzten.
Zusätzlich wurde das natürliche Enzym Meerrettichperoxidase im Inneren der Protozellen gefangen, so dass die synthetischen und biologischen Katalysatoren um das in der Lösung vorhandene Wasserstoffperoxid konkurrierten.
Das Team nutzte die antagonistische Anordnung der beiden Katalysatoren, um einen rudimentären chemischen Signalweg zwischen Mitgliedern einer künstlichen Protozellgemeinschaft zu implementieren, die in Lösung dispergiert oder in kleinen Tröpfchen gefangen waren.
Professor Marcella Bonchio von der Universität Padua sagte: "Da der Ruthenium-basierte Katalysator ein erhebliches Potenzial in der bio-inspirierten Katalyse hat, scheint es möglich, dass Gemeinschaften von Synzym-Protozellen einen Schritt in Richtung synthetischer metabolischer Netzwerke auf der Basis licht-aktivierter Stimuli bieten könnten.
Professor Stephen Mann von der School of Chemistry der Universität Bristol fügte hinzu: "Unsere Ergebnisse zeigen einen neuen Typ von katalytischen Mikrokompartimenten mit multifunktionaler Aktivität und stellen einen Schritt in Richtung der Entwicklung von Protozell-Reaktionsnetzwerken dar.
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