Yan Zhao Hizo un gesto hacia los árboles fuera de la ventana del campus en una tarde lluviosa.

Un profesor de química de la Universidad Estatal de Iowa está desarrollando nuevos catalizadores sintéticos para descomponer la celulosa, la fibra vegetal que hace que esos árboles sean altos y fuertes.

“La celulosa está hecha para durar. El árbol no desaparece simplemente después de la lluvia”, dijo Zhao. “La celulosa es muy difícil de descomponer”.

Zhao cree que tiene una idea y una tecnología que pueden hacer el trabajo, haciendo de la biomasa vegetal una fuente práctica de azúcares que se pueden convertir en muchas aplicaciones, incluidos combustibles y productos químicos.

Aprende de la madre naturaleza

Los catalizadores sintéticos que Zhao y su equipo de investigación están desarrollando son como superenzimas, capaces de descomponer la celulosa como sus homólogos naturales, pero en entornos más hostiles y después de ser recicladas una y otra vez.

“Nos inspiramos en la biología”, dijo Zhao. “Estamos intentando replicar las características de las enzimas naturales. Hasta ahora hemos obtenido buenos resultados”.

Las enzimas son proteínas naturales que actúan como catalizadores, regulando las reacciones químicas que mantienen los procesos biológicos y el funcionamiento de los organismos vivos. Las enzimas, por ejemplo, estimulan el metabolismo celular, incluida la descomposición de los alimentos para la digestión.

Tres enzimas (endocelulasa, exocelulasa y betaglucosidasa) pueden descomponer y digerir la fibra vegetal o celulosa.

Las enzimas naturales parecen ser un buen lugar para que las industrias recurran al procesamiento de celulosa. Pero es costoso. No soportan altas temperaturas ni disolventes no acuosos. Son inestables y difíciles de reciclar para volver a producirlos.

El grupo de investigación de Zhao ha trabajado durante unos 10 años para desarrollar catalizadores de nanopartículas capaces de resolver estos problemas. Subvenciones de Institutos Nacionales de Salud Y el Fundación Nacional de Ciencias (NSF) Apoyé este trabajo. el Fundación de Investigación de la Universidad Estatal de Iowa Busca protección de patentes para tecnología y busca socios comerciales.

Una nueva subvención de tres años por valor de 700.000 dólares de la Fundación Nacional de Ciencias (400.000 dólares para Iowa State Research) promoverán las últimas ideas de Chao sobre catalizadores que imitan enzimas. El nuevo proyecto incluye simulaciones por ordenador de sitios de reacción activos mediante Sijia Dong, profesora asistente de química y biología química En la Universidad Northeastern de Boston.

Las simulaciones “nos ayudarán a comprender mejor nuestro sistema”, dijo Zhao. “Este es un sistema muy complejo”.

Aprovecha al máximo las micelas

El grupo de investigación de Zhao aprovecha los nanodominios dinámicos conocidos como micelas. Se ensamblan cuando las cadenas de moléculas de tensioactivos (que reducen la tensión superficial en los líquidos) se exponen al agua, lo que hace que las cabezas hidrofílicas e hidrofóbicas de las moléculas formen una capa exterior, y las colas hidrofóbicas e hidrofóbicas dentro de esa capa.

Zhao y su equipo han encontrado una manera de que las micelas se unan alrededor de moléculas modelo que se asemejan al sitio activo. Una vez solidificadas por la luz ultravioleta, estas “nanopartículas impresas molecularmente” tienen un tamaño de sólo 5 milmillonésimas de metro y la forma y el tamaño exactos para imitar las propiedades catalíticas y de unión de las enzimas naturales. Las nanopartículas contienen grupos catalíticos que hacen referencia directa a los enlaces de azúcar en los polímeros de celulosa para degradarlos de manera eficiente y selectiva.

“Si tiene éxito, la investigación producirá catalizadores de celulosa artificial (hidrólisis) que pueden competir con la celulosa natural en actividad pero que son mucho más fáciles de preparar y reciclar”, según el resumen del proyecto.

Eso podría convertirlo en una opción viable para la industria, dijo Zhao, quien está interesado en asociarse con empresas.

La tecnología, al final, se adapta al país y a la época.

“La conversión de biomasa es importante no sólo para Iowa”, dijo Chao, señalando que existe un mercado potencial para la biomasa cultivada en campos agrícolas en todo el estado, “sino que ahora el mundo está interesado en una economía y sostenibilidad con neutralidad de carbono”. “.

Este artículo fue publicado por primera vez por el Servicio de Noticias de la Universidad Estatal de Iowa. Leer el texto original.