Искусственный лист научили превращать солнечный свет в лекарства

Многие проблемы, с которыми сталкиваются инженеры, уже решены природой, так почему бы не использовать их в качестве отправной точки? Создание искусственных версий обычного растительного листа было постоянной областью исследований в течение десятилетий, и в новом прорыве ученые из Технологического университета Эйндховена (TUE), в Нидерландах, усовершенствовали дизайн своей разработки и впервые использовали ее для производства лекарств.

Натуральные листья – это умные маленькие машинки. Они собирают солнечный свет, который молекулы хлорофилла используют для химической реакции, превращающей CO2 и воду в глюкозу. Растение потребляет эту глюкозу для производства энергии и выделяет кислород.

Искусственные листья предназначены для имитации этого процесса. Они сделаны из полупрозрачных материалов, которые пропускают солнечный свет и направляют его к крошечным микрофлюидным каналам, проходящим через материал, как вены. По этим каналам течет определенная жидкость, и идея проекта состоит в том, что энергия солнечного света вызывает химическую реакцию в этой жидкости, превращая ее в нечто полезное, например, лекарство или топливо.

Новый дизайн искусственного листа от TUE основан на предыдущем прототипе, представленном командой в 2016 году. В то время устройство включало в себя элементы из силиконовой резины, но в новой версии материал заменили на ПММА (полиметилметакрилат, или оргстекло), по ряду причин.

«Этот материал дешевле и его легче производить в больших количествах», – говорит Тимоти Ноэль, ведущий исследователь команды. Оргстекло также имеет более высокий показатель преломления, поэтому свет лучше остается ограниченным. Но самое главное, что в ПММА можно добавить больше типов светочувствительных молекул. В результате химические реакции возможны в этом реакторе по всей ширине спектра видимого света.

Искусственный лист уже готов к коммерческому использованию. Команда провела тестирование и обнаружила, он способен успешно производить два лекарственных препарата: артименсинин, который эффективен против малярии, и аскаридол, который применяется против определенных паразитических червей.

Учитывая небольшой размер листа и масштабируемость, ученые считают, что искусственный лист может быть использован для производства лекарств и других веществ именно там, где они нужны. Например, лекарства от малярии могут производиться в тропических регионах, наиболее подверженных этому заболеванию, что избавляет от затрат и проблем при транспортировке. Искусственные листья могут даже когда-нибудь помочь астронавтам производить жизненно важные лекарства на Луне или Марсе.

Недорогая и автономная конструкция листьев делает их идеально подходящими для экономически эффективного производства химикатов с использованием солнечного света. Ученые надеются, что смогут запустить коммерческое испытание этой технологии в течение года.