Los colorantes y los virus crean nuevos materiales compuestos para las reacciones de fotooxidación
Un equipo de investigación de la Universidad Aalto ha desarrollado una nueva estrategia para crear materiales basados en virus para la catálisis. El proyecto, que se enmarca dentro de las acciones de Horizon 2020 Marie Sklodowska-Curie, tiene como objetivo allanar el camino hacia la aplicación de materiales biohíbridos ópticamente activos -una combinación de biomoléculas y variedades sintéticas- en temas que van desde la nanomedicina hasta la síntesis orgánica verde o las ciencias medioambientales.
Representación esquemática de los haces de virus fotoactivos en forma de varilla pegados por acción del colorante (esquina superior derecha).
Eduardo Anaya
Decidimos emplear ftalocianinas, un derivado sintético de la hematoporfirina (el colorante responsable del color de la sangre), debido a sus excelentes propiedades como generador de especies reactivas de oxígeno. Sin embargo, el uso de este tipo de colorantes en medios acuosos presenta varios retos que afectan a su rendimiento. Por lo tanto, fue necesario un diseño cuidadoso para mantener sus propiedades".
En colaboración con el grupo de investigación del profesor Tomas Torres de la Universidad Autónoma de Madrid, se sintetizó un nuevo derivado de ftalocianina que dio como resultado una molécula con propiedades resilientes en diferentes medios de fuerza iónica. El diseño aseguró la fotoactividad del colorante incluso en un ambiente acuoso.
Uno de los objetivos de nuestro grupo de investigación es el diseño de nuevos ensamblajes de proteínas y su posible aplicación como nuevos materiales", añade el profesor Mauri Kostiainen, líder del grupo de materiales biohíbridos. Nuestro enfoque se basa en interacciones supramoleculares, como la unión electrostática, por lo que, en este proyecto, decidimos combinar el tinte de carga positiva con un virus del mosaico del tabaco de carga negativa (un virus similar a una varilla de 300 nm de largo), dando como resultado un material fibroso fotoactivo. Este enfoque condujo a hilos muy ordenados, que se caracterizaron por la dispersión de rayos X y varias técnicas de microscopía en el Centro de Nanomicroscopía de Aalto", dice Kostiainen.
Además de la caracterización estructural, Anaya señala que la característica más importante es que el colorante permanece activo a pesar de estar inmovilizado en las fibras. ´We puede fijar el sitio de reacción en un soporte sólido y pasar la solución que queremos que reaccione a través de él, siendo la luz visible el único "combustible" que utilizamos para que suceda. Esto nos permite crear una configuración de flujo continuo que permite el escalado del proceso de oxidación", concluye.
El equipo de investigación diseñó un dispositivo de prueba de concepto para inmovilizar las fibras dentro de un capilar de vidrio; un flujo entrante se oxidó en varios ciclos. Se evaluó la resistencia de las fibras, concluyendo que tanto su estabilidad estructural como su fotoactividad permanecen constantes a lo largo del tiempo. Una ventaja adicional es que, una vez finalizado el proceso de oxidación, un pulso de luz puede desensamblar las fibras, lo que facilita su eliminación. El enfoque reportado representa el primer paso hacia el uso de biohíbridos en reacciones de flujo continuo, que representan un enfoque ambientalmente amigable para este tipo de proceso industrial.
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