VĚDA A VÝZKUM
„ Kovy vzácných zemin se v Evropě téměř ne- recyklují, “ říká Victor Mougel, profesor v Labo- ratoři anorganické chemie na ETH v Curychu. Tým výzkumníků pod vedením Mougela to chce změnit. „ Naléhavě potřebujeme udržitelné a nijak složité metody separace a zpětného získávání těchto strategických surovin z různých zdrojů, “ říká chemik. Ve studii nedávno zveřejněné v časopise Na- ture Communications tým představuje překva- pivě jednoduchou metodu pro účinnou separaci a získávání europia, což je jeden z kovů skupiny vzácných zemin, ze složitých směsí zahrnujících i jiné kovy vzácných zemin. Obr.: Doktorandka z ETH Marie Perrin představuje nový přístup k recyklaci. V levé ruce drží surovinu v podobě zá- řivky a v pravé žluté činidlo, které do- káže oddělit kovy vzácných zemin.
stavuje transformační přístup, který spojuje syn- tetickou biologii s pokročilým strojovým učením a výpočetními technikami, aby výrazně urychlil vývoj nových biomateriálů. Tato metoda zkracuje dobu vývoje materiálu z let na pouhé minuty, což slibuje rychlý pokrok v lékařských a průmyslo- vých aplikacích. „ Využitím síly umělé inteligence a syntetické biologie se nám podařilo vyladit a výrazně urych- lit proces návrhu nových materiálů na bázi pro- teinů, což umožňuje rychlý vývoj biomateriálů s funkcemi šitými na míru, a dosáhnout toho, co dříve trvalo roky, za pouhé měsíce, s potenciá- lem dalšího zkrácení této doby až na minuty, “ říká Pezhman Mohammadi, vedoucí vědecký pra- covník VTT a vedoucí studie. Pomocí algoritmů strojového učení dokázal vý- zkumný tým VTT efektivně projít tisíce proteino- vých struktur a vybrat nejslibnější kandidáty pro laboratorní syntézu. Urychlení aplikací s vysokou poptávkou, jako jsou inteligentní materiály. Očekává se, že nové vysoce výkonné bio- materiály na bázi bílkovin vyvinuté touto meto- dou nahradí materiály na bázi fosilních surovin a přinesou převratné vlastnosti pro vysoce žá- dané aplikace, jako jsou například injekční léčivé přípravky a inteligentní materiály. Výzkum ukázal efektivní využití hybridních biomimetických a de novo návrhových strategií, které kombinují po- znatky z vlastních návrhových schopností přírody k vytvoření inovativních materiálů od nuly. „ Syntetická biologie umožňuje vyrábět složité struktury, které se vyskytují v přírodě. Tímto pří- stupem nejenže replikujeme mimořádné vlast- nosti přírodních materiálů, ale také je vylepšu- jeme, aby splňovaly specifické funkční potřeby, a jdeme tak o krok dál za evoluci. Schopnost ry- chle vyrábět materiály s vlastnostmi na míru ote- vírá nové obzory pro inovace v biotechnologiích a materiálové vědě, “ říká Pezhman. Publikace v časopise Advanced Materials představuje významný milník v multidisciplinární oblasti materiálových biotechnologií a ukazuje potenciál integrovaných věd při řešení složitých globálních výzev. Výzkumný tým, který zahrnuje spolupracovníky z VTT, Polské akademie věd , Temple University , Nanyang Technological University a Aalto University , přináší rozma- nité odborné znalosti v oblasti biologie, chemie, fyziky, datové vědy, strojového učení, umělé in- teligence a výpočetní vědy. Společně pokračují ve zdokonalování těchto inovativních technik a rozšiřování jejich aplikací v blízké budoucnosti. „ Předpokládáme, že spojení biotechnologií, biorafinérií, automatizace, syntetické biologie, klíčové role strojového učení a umělé inteli- gence, to vše podpořené biointeligencí, dra- maticky změní výrobu. Tento komplexní přístup umožňuje rychlý a přesný návrh a výrobu bioma- teriálů s využitím automatizace a vede k zefek- tivnění a efektivnímu rozšíření provozu. Konver- gence všech těchto technologií nejen urychluje inovace, ale také umožňuje radikální posun smě- rem k individualizovanějším a udržitelnějším výrobním metodám v různých odvětvích, které nabízejí řešení na míru s minimálním dopadem na životní prostředí, což přináší revoluci v průmy- slových postupech, “ dodává Pezhman. Studie s názvem Accelerated Engineering of ELP-based materials through Hybrid Biomime- tic-De Novo predictive moledular design, která byla zveřejněna v časopise Advanced Materials , ukazuje, jak spolupráce odborníků z různých ob- lastí, včetně syntetické biologie, umělé inteligence,
PRODUKCE CHEMIKÁLIÍ ŠETRNÁ K ŽIVOTNÍMU PROSTŘEDÍ
A ENERGETICKY ÚSPORNÁ: VYŠŠÍ VÝTĚŽNOST DÍKY NANOPÓRŮM
Průtočné reaktory naplněné enzymy mohou vy- rábět určité chemické látky šetrným způsobem. Jejich výkonnost však byla dosud omezená. Vý- zkumnému týmu z Helmholtz-Zentrum Hereon a RWTH Aachen University se nyní podařilo ti- sícinásobně zvýšit výtěžnost. Pomocí nanomem- brán vyrobených na míru se jim podařilo přivést přeměňované molekuly do mnohem těsnějšího kontaktu s enzymy, a tím výrazně zvýšit rychlost reakce. Nový proces by mohl být využit mimo jiné pro udržitelnou výrobu fosfátů. Pracovní skupina své výsledky prezentovala v časopise Nature Com- munications . Enzymy jsou biokatalyzátory, které lze využít k výrobě chemických látek způsobem šetrným k životnímu prostředí a také šetřícím energii. Ne vždy je však snadné je efektivně využít. Jedním ze slibných konceptů jsou průtočné reaktory. Ty se skládají z malých kanálků, k jejichž stěnám en- zymy snadno přilnou. Když těmito kanálky pro- téká reagenční roztok, mohou se molekuly reak- tantu obsažené v roztoku přichytit na biokataly- zátory, aby s nimi zreagovaly a vytvořily požado- vaný produkt. Dosud tyto reaktory nefungovaly optimálně, bránila jim v tom velikost jejich kanálků, jež jsou milimetrové. Enzymy jsou naproti tomu nanomet- rové. Důsledkem je, že mnoho molekul, které jimi protékají, se s biokatalyzátory nedostane do kon- taktu, a nemají tedy příležitost k chemické reakci. » www.nature.com/articles/s41467-024-47007-y
Odkoukáno od přírody Marie Perrin, doktorandka Mougelovy skupiny a první autorka studie, vysvětluje: „ Stávající se- parační metody jsou založeny na stovkách kroků extrakce kapalina-kapalina a jsou neefektivní – recyklace europia byla dosud velmi nepraktická. “ Ve své studii ukazují, jak může jednoduché an- organické činidlo výrazně zlepšit separaci. „ To nám umožňuje získat europium v několika jed- noduchých krocích – a v množstvích, která jsou nejméně 50krát vyšší než u předchozích separa- čních metod, “ říká Perrin. Klíčem k této technice jsou malé anorganické molekuly se čtyřmi atomy síry kolem wolframu nebo molybdenu: tetrathiometaláty. Výzkumníci se inspirovali světem bílkovin. Tetrathiometaláty se vyskytují jako vazebné místo pro kovy v přírod- ních enzymech a používají se jako účinné látky v boji proti rakovině a poruchám metabolismu mědi. Nyní se tetrathiometaláty poprvé uplatňují také jako ligandy pro separaci kovů vzácných zemin. Zde se dostávají do hry jejich jedinečné redoxní vlastnosti, které redukují europium do neobvyk- lého dvojmocného stavu, a tím zjednodušují od- dělení od ostatních trojmocných kovů vzácných zemin. » www.ethz.ch NOVÁ REVOLUČNÍ METODA URYCHLUJE VÝVOJ UDRŽITELNÝCH BIOMATERIÁLŮ Z ROKŮ NA MINUTY Průlomová studie, která byla v květnu 2024 zveřejněna ve vědeckém časopise Advanced Materials a kterou vedli výzkumníci z finského Technického výzkumného centra (VTT), před-
ZÍSKÁVÁNÍ KOVŮ VZÁCNÝCH ZEMIN Z ELEKTRONICKÉHO ODPADU
Výzkumníci z ETH Zürich vyvíjejí proces inspi- rovaný přírodou, který účinně získává europium ze starých zářivek. Tento přístup by mohl vést k dlouho plánované recyklaci kovů vzácných ze- min. Kovy vzácných zemin nejsou tak vzácné, jak napovídá jejich název. Pro moderní ekonomiku jsou však naprosto nepostradatelné. Těchto 17 kovů je totiž základními surovinami pro digitali- zaci a přechod na novou energetiku. Nacházejí se v chytrých telefonech, počítačích, obrazov- kách a bateriích – bez nich by nefungoval žádný elektromotor a netočila by se žádná větrná turbí- na. Vzhledem k tomu, že Evropa je téměř zcela závislá na dovozu z Číny, jsou tyto suroviny vní- mány jako kritické. Kovy vzácných zemin jsou však rovněž kritické kvůli jejich těžbě. V přírodních rudách se vždy vy- skytují ve formě sloučenin – protože jsou si však tyto prvky chemicky velmi podobné, je obtížné je oddělit. Tradiční separační procesy jsou proto velmi náročné na chemické a energetické zdroje a vyžadují několik extrakčních kroků. Extrakce a čištění těchto kovů jsou proto drahé, náročné na zdroje a čas a velmi škodlivé pro životní pro- středí.
44
CHEMAGAZÍN • 4 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook - PDF hosting