Νέα

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Ο ρεπόρτερ μας Gong Xiangjuan

Δείγμα συνθετικού αμύλου. Φωτογραφία από τον Cui Xinyao (People’s Vision)

βασική ανάγνωση

Ο κόσμος σήμερα αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως η κλιματική αλλαγή, η επισιτιστική ασφάλεια και οι ελλείψεις ενεργειακών πόρων Πώς να μετατρέψετε το διοξείδιο του άνθρακα σε ουσίες που έχουν νόημα για τον άνθρωπο και έχουν αξία στην αγορά; Το έργο τεχνητού αμύλου είναι μία από αυτές τις προσπάθειες. Το Ινστιτούτο Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας Tianjin, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών πέτυχε μια σημαντική ανακάλυψη έργου το 2018 και συνέχισε να πραγματοποιεί τεχνολογικές επαναλήψεις και αναβαθμίσεις από τότε. Σήμερα, ο ρυθμός σύνθεσης του τεχνητού αμύλου είναι 8,5 φορές μεγαλύτερος από αυτόν του αμύλου καλαμποκιού και η κατευθυνόμενη και ελεγχόμενη σύνθεση διαφορετικών τύπων αμύλου μπορεί να επιτευχθεί ανάλογα με τις ανάγκες.

Εμφανίζεται το ονειρικό μπλε χρώμα!

Στην Οικονομική Ζώνη του αεροδρομίου Tianjin, στο Ινστιτούτο Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας Tianjin, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (εφεξής «Ινστιτούτο Βιομηχανικής Βιολογίας Tianjin»), ο ερευνητής Ε&Α Qiao Jing επαναλαμβάνει την καθημερινή πειραματική διαδικασία. Όταν σταγόνα-σταγόνα διαλύματος ιωδίου προστέθηκε στον δοκιμαστικό σωλήνα, ο Qiao Jing δεν μπορούσε παρά να μείνει έκπληκτος: το αντιδραστήριο μετατράπηκε στο πολυαναμενόμενο χρώμα, "Αν και το μπλε είναι πολύ ανοιχτό, σημαίνει ότι εμφανίστηκε άμυλο!" Ανακαλώντας τη σκηνή του 2018, ο Qiao Jing είναι ακόμα ενθουσιασμένος.

Εξίσου ενθουσιασμένος είναι και ο Cai Tao, project manager τεχνητού αμύλου στο Tianjin Institute of Industrial Biology. Δεν πείστηκε για λίγο, κι έτσι έτρεξε μέχρι το εργαστήριο από την αίθουσα συνεδριάσεων και σχεδίασε ένα επαναλαμβανόμενο πείραμα. Την επόμενη μέρα, ο "Starch Blue" εμφανίστηκε όπως είχε προγραμματιστεί, "Αυτό είναι υπέροχο!"

Το 2021, η ομάδα τεχνητού αμύλου δημοσίευσε στο διεθνές περιοδικό Science ότι κατασκευάστηκε ένα νέο σύστημα για τη σύνθεση αμύλου από νερό και διοξείδιο του άνθρακα συνδυάζοντας τεχνητές φωτοσυνθετικές αντιδράσεις και καταλυτικές αντιδράσεις βιολογικών ενζύμων. "Αυτή είναι μια σημαντική ανακάλυψη που θα έχει μεταμορφωτικό αντίκτυπο στην επόμενη γενιά βιοβιομηχανίας και αγροτικής παραγωγής."

Η προέλευση του έργου τεχνητού αμύλου προήλθε από τη σκέψη σε ένα τρένο υψηλής ταχύτητας. "Ο σημερινός κόσμος αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως η κλιματική αλλαγή, η επισιτιστική ασφάλεια και οι ελλείψεις ενεργειακών πόρων. Πώς να μετατρέψετε το διοξείδιο του άνθρακα σε ουσίες που έχουν νόημα για τον άνθρωπο και έχουν αξία στην αγορά; , αυτή η ιδέα εμφανίστηκε ξαφνικά στο Ινστιτούτο Βιομηχανικής Βιολογίας Tianjin στο μυαλό του τότε διευθυντή Ma Yanhe. Μετά από προσεκτική έρευνα και κρίση του ινστιτούτου, το έργο τεχνητού αμύλου προτάθηκε επίσημα το 2015.

Όταν έλαβε την πρόσκληση να αντιμετωπίσει το βασικό έργο, ο Cai Tao ήταν ενθουσιασμένος και ανήσυχος Το συνθετικό άμυλο είναι θεωρητικά δυνατό, αλλά δεν έχουν υπάρξει επιτυχημένες περιπτώσεις στο παρελθόν.

Στη φύση, καλλιέργειες όπως το καλαμπόκι, το σιτάρι και οι πατάτες μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια, το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε άμυλο μέσω της φωτοσύνθεσης. Αλλά αυτή η φυσική διαδικασία απαιτεί μεγάλες ποσότητες γης και γλυκών υδάτων και επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τις καιρικές συνθήκες.

Μπορούμε να προσομοιώσουμε τη διαδικασία σύνθεσης του φυσικού αμύλου και να επιτύχουμε τεχνητή σύνθεση αμύλου με τεχνικά μέσα;

«Η αρχική μας ιδέα είναι να χρησιμοποιήσουμε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για την αποσύνθεση του νερού για την παραγωγή ηλεκτρονίων ή υδρογόνου και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε τα ηλεκτρόνια ή το υδρογόνο για να μειώσουμε το διοξείδιο του άνθρακα σε απλές ενώσεις όπως το μυρμηκικό οξύ και η μεθανόλη και περαιτέρω να χρησιμοποιήσουμε ένζυμα για να καταλύσουμε τον πολυμερισμό απλών ενώσεων. για την παραγωγή αμύλου." είπε ο Cai Tao, τεχνητή σύνθεση Το άμυλο είναι ένα πείραμα για την εύρεση μιας "συντόμευσης".

Στις καλλιέργειες, η σύνθεση αμύλου απαιτεί περίπου 60 στάδια μεταβολικών αντιδράσεων. Εάν πρόκειται να πραγματοποιηθεί βιομηχανική παραγωγή, τα βήματα πρέπει να απλοποιηθούν. Η ομάδα του Cai Taohe συνεργάστηκε με μια ομάδα που ειδικεύεται στον βιολογικό σχεδιασμό εντός του ινστιτούτου για τη συστηματική εξόρυξη και εξέταση 6.568 βιοχημικών αντιδράσεων και σχεδίασε τη συντομότερη τεχνητή οδό σύνθεσης αμύλου ξεκινώντας από μυρμηκικό οξύ ή μεθανόλη. Θεωρητικά, το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να συνθέσει άμυλο μέσω μόνο 9 βασικών αντιδράσεων. «Όσο λιγότερα βήματα, τόσο λιγότερα προβλήματα είπε ο Κάι Τάο».

Το πείραμα διήρκεσε τρία χρόνια και μόνο τα πειραματικά αρχεία στοιβάζονταν στο μισό όσο ένα άτομο.

Ποιο είναι το πρόβλημα; "Είναι σαν ένα ποτάμι που έχει αποκοπεί. Πρέπει να ανακαλύψεις αν είναι απόφραξη ανάντη ή διακλάδωση του ποταμού. Μόνο με την αποσαφήνιση της ουσίας μπορεί να λυθεί το πρόβλημα ο Κάι Τάο είπε ότι το πιο σημαντικό πρόβλημα στο πείραμα." ήταν «ένζυμα». Οι περισσότερες αντιδράσεις στη διαδικασία σύνθεσης αμύλου απαιτούν ένζυμα Οι οδοί αντίδρασης στη φύση έχουν εξελιχθεί μέσω μακροπρόθεσμης φυσικής επιλογής.

«Το ίδιο ένζυμο μπορεί συχνά να καταλύσει πολλαπλές αντιδράσεις, οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν παρενέργειες· μερικές φορές πολλά ένζυμα ανταγωνίζονται για ένα υπόστρωμα και ορισμένα ένζυμα παράγουν πολλαπλά προϊόντα, προκειμένου να συμφιλιωθούν οι «αντιφάσεις» μεταξύ των ενζύμων, ο Cai Tao βρήκε μια ομάδα που ειδικεύεται στο. ένζυμα στο ινστιτούτο και συνεργάστηκαν για να πραγματοποιήσουν στοχευμένο μετασχηματισμό ενζύμων ή να σχεδιάσουν τεχνητά νέα ένζυμα για να καλύψουν τις ενζυμικές ανάγκες της τεχνητής οδού για τη σύνθεση αμύλου.

Συζητήστε, πειραματιστείτε, ανατρέψτε, συζητήστε ξανά, πειραματιστείτε ξανά... Η ομάδα προσπάθησε να χρησιμοποιήσει την ενέργεια που παράγεται από την «καύση υδρογόνου» στη μεθανόλη για να οδηγήσει την αντίδραση που παράγει φορμαλδεΰδη, λύνοντας το πρόβλημα της αναντιστοιχίας μεταξύ θερμοδυναμικής και κινητικής στην αντίδραση. και οι 9 κύριες αντιδράσεις αντιστοιχούσαν επίσης Επέκταση σε 11.

Η συσσώρευση της επιστήμης διαρκεί πολύ, αλλά οι ανακαλύψεις μερικές φορές χρειάζονται μόνο μια στιγμή. Το πρωί της 24ης Ιουλίου 2018, ο Cai Tao έλαβε μια φωτογραφία από ένα μέλος της ομάδας. Αφού το άνοιξε, ο Κάι Τάο είδε το πολυπόθητο «μπλε».

"Κοιτάζοντας το τώρα, είναι μόνο η έκδοση 1.0 του συνθετικού αμύλου, ο Cai Tao είπε ότι τα τελευταία χρόνια, η ομάδα ολοκλήρωσε επαναληπτικές αναβαθμίσεις της τεχνολογίας συνθετικού αμύλου, βελτίωσε συνεχώς την παραγωγή σύνθεσης αμύλου και αύξησε την ένταση παραγωγής του αμύλου." κατά 136 φορές σε σύγκριση με την έκδοση 1.0, ο ρυθμός σύνθεσης του τεχνητού αμύλου είναι 8,5 φορές αυτός του αμύλου αραβοσίτου και η κατευθυνόμενη και ελεγχόμενη σύνθεση διαφορετικών τύπων αμύλου μπορεί να επιτευχθεί ανάλογα με τις ανάγκες.

Κατά την άποψη του Cai Tao, η μεγαλύτερη επιτυχία της επιστημονικής έρευνας είναι να μπορέσουμε να την εφαρμόσουμε στην πράξη και να βοηθήσουμε στη βελτίωση της κοινωνικής ευημερίας «Στη συνέχεια, θα επιταχύνουμε την ταχύτητα των αποτελεσμάτων της επιστημονικής έρευνας από την εργαστηριακή στη βιομηχανική εφαρμογή και θα αφήσουμε τις τεχνολογικές δημιουργίες να αντλήσουν. μια νέα εικόνα της επιστήμης και της τεχνολογίας που ωφελούν τους ανθρώπους.» είπε ο Κάι Τάο.

Συντονιστής αυτού του τεύχους: Chen Shihan

Σχεδιασμός διάταξης: Cai Huawei

"People's Daily" (Σελίδα 04, 06 Αυγούστου 2024)