صدف های سیاه نظافتچیان آلودگی های نفتی
محققان در پي كاربردهاي گسترده براي شيمي جديد هستند. آنان بر اين باورند که صدف هاي سياه داراي قدرت چسبندگي بالا هستند. مواد شيميايي كه صدف هاي سياه را قادر مي سازد به سنگ ها و بدنه كشتي ها بچسبند، مي تواند به زودي راه حلي براي پاك كردن آب از آلودگي هاي نفتي به شمار آيد. دانشمنداني از چين و ايالات متحده طيف وسيعي از پروژه هاي تحقيقاتي مهندسي را در مجله «Matter» در مورد كاربرد هاي مختلف صدف هاي سياه از توليد بخار خورشيدي تا حذف فلزات سنگين از فاضلاب، به چاپ رسانده اند.
هائو چنگ يانگ از دانشگاه سان يات سن چين، در اين باره مي گويد: «صدف هاي سياه معمولا به عنوان يك مزاحم در صنايع دريايي در نظر گرفته مي شوند، زيرا تعداد زيادي از آنها در سطوح زيرآبي جمع مي شوند.» اما همين توانايي صدف هاي سياه است كه به آنها اجازه مي دهد زير آب پيوستگي قوي به سطوح ديگر ايجاد كنند كه دانشمندان از آن به عنوان راه حل مشكلات با الگوبرداري از بيوشيمي آنها الهام مي گيرند. «صدف سياه» نام عمومي گونه هاي متنوعي از نرم تنان دوكفه اي و صدف دوكفه اي است كه در آب هاي شور يا آب شيرين زندگي مي كنند. صدف اين جانوران نازك و بلند، اما نسبتا محكم است. اين صدف ها از يك انتها پيوسته اند و در انتهاي ديگر دندانه هاي ريزي آنها را به هم قفل مي كند. گوشت درون صدف سياه خوردني است. صدف هاي سياه دريايي را انسان، ستاره دريايي، پرنده هاي دريايي و بسياري از شكم پايان مي خورند. صدف هاي آب شيرين را سمور آبي، راكون، اردك و بوزينه و غازها مي خورند. صدف ها در مقابل جريان هاي قدرتمند و امواج نيرومند مقاوم هستند و با استفاده از خوشه هايي از رشته هاي ترشحي نازك و به طرز شگفت انگيزي سخت، اتصال خود را به صخره ها حفظ مي كنند. معمولا اين رشته ها را به زبان ساده تر «ريش صدف» مي خوانند.
اين رشته ها قدرت چسبندگي خود را از يك گروه اسيد آمينه به نام دي هيدروكسي فنيل آلانين (DOPA) به دست مي آورند كه با انجام ژيمناستيك هاي مولكولي، شامل پيوند هاي هيدروژني و تعاملات هيدروفوبيك و الكترواستاتيك، به سطوح مي چسبند.
دانشمندان متوجه شده اند كه DOPA مي تواند به تمام سطوح از طريق اين تعاملات بچسبد و بنابراين پسر عموي شيميايي آن يعني دوپامين و پليدوپامين (PDA) هم مي توانند همين خواص را داشته باشند. بر اساس يافته ها، اين ويژگي موجب رشد تحقيقات مربوط به شيمي الهام گرفته از صدف هاي سياه شده تا به عنوان ابزاري قدرتمند براي مهندسي سطوح مواد و علوم زيست محيطي مورد استفاده قرار گيرد. به عنوان مثال، پژوهشگران در حال توسعه روش هاي جديد براي جداسازي نفت و آب با يك عامل «سوپر جاذب» هستند كه با استفاده از چسبندگي مواد شيميايي صدف هاي سياه، مايعات را از يكديگر جدا كنند. به اعتقاد اين پژوهشگران، نشت نفت و آلودگي نفتي، يك چالش روبه رشد جهاني براي محيط زيست و اكوسيستم دريايي هستند. غشاهاي سنتي و جاذب ها نمي توانند براي تقاضاي رو به رشد جداسازي نفت از آب راه حلي موثر تامين كنند.
انجمن جهاني اقتصاد، دسترسي ناكافي به آب پاك را يكي از بزرگ ترين خطرهاي اجتماعي امروز جهان مي داند. با توجه به تغييرات اقليمي، افزايش جمعيت و افزايش توليد صنعتي، دسترسي به آب نيز بدتر مي شود؛ بنابراين دانشمندان تلاش كرده اند روش هاي كارآمد تميز كردن آب را با درك چگونگي تعامل با مواد جامد مانند غشاء و سوربنت ها (موادي كه روغن را جذب مي كنند) كشف كنند.
پژوهشگران بر اين باورند كه اين نوآوريِ مبتني بر صدف هاي سياه، ممكن است براي توليد در مقياس بزرگ مناسب باشد، زيرا مي تواند باعث كاهش آسيب هاي زيست محيطي به محيط دريايي پس از نشت نفت شود.
چسبندگي صدف هاي دريايي، موضوعي جالب توجه براي كساني است كه به پاكسازي آب علاقه مند هستند. جورج هربرت وايت، استاد برجسته دانشگاه كاليفرنيا، كه بيوشيمي گياهان دريايي را مطالعه مي كند، مي گويد: «براي بيشتر مردم، اين موضوع شهودي است كه اگر مي خواهيد چيزي را به هم بچسبانيد، حتي سعي هم نكنيد اين كار را زير آب انجام دهيد. دليلش هم اين است كه آب، به عنوان يك مولكول، دوست دارد به سطوح بيش از - و بهتر از – بسياري از چسب ها بچسبد. » مهندسان با درك اينكه چطور صدف ها چسبندگي زير دريا را ايجاد مي كنند، بهتر درك مي كنند كه چگونه سطوح با مواد در آب مي توانند ارتباط برقرار كنند و در نهايت مي توانند موادي ايجاد كنند كه ممكن است باعث جدا شدن آب از آلاينده ها شود.
كارهاي زيادي را مي توان با آب و PDA انجام داد. به عنوان مثال، سث دارلينگ، مدير مرکز مهندسي مولکولي در آزمايشگاه هاي آرگون با استفاده از PDA، به دنبال ايجاد يك رابط كاربري است كه ذرات باردار را دفع و آب را جذب مي كند. اين فناوري مي تواند در پاكسازي فاضلاب آلوده از فلزات سنگين به ما كمك كند. گروه هاي ديگري روي غشاهاي جذب كننده كه نفت را جذب و آب را دفع مي كنند، كار مي كنند؛ فناوري اي كه مي تواند براي حل خطر نفتي مفيد باشد. صدف هاي سياه همچنين موجب پيشرفت هايي در زمينه فناوري تصفيه آب شده اند. مواد نوآورانه اي كه مي توانند فلزات سنگين، آلاينده هاي آلي و پاتوژن ها را از فاضلاب حذف كنند، از PDAها توليد و به راحتي با چنين آلاينده هايي تركيب مي شوند. دارلينگ ادامه مي دهد: اگر مخلوط نفت و آب را در برابر اين غشا قرار دهيد، نفت خود به خود از طريق منافذ منتقل و آب پشت سر گذاشته خواهد شد؛ تا به امروز، اين فناوري تنها براي نشت هاي كوچك نفتي شبيه سازي شده استفاده شده است. بلر برتمن، مهندس شيمي و استاديار ايالت جورجيا نيز در اين باره مي گويد: اين بررسي به پيشرفت هاي هيجان انگيز براي تميز كردن آب اشاره دارد.
او مي گويد: چيزهاي زيادي وجود دارد كه مي توانيد با [اين مواد] انجام دهيد. عالي است كه آنها را در اين زمينه مورد استفاده قرار دهيم. برتمن مي گويد كه معمولا مواد الهام گرفته شده از صدف هاي دريايي را به عنوان چسب هاي پزشكي در محيط هاي مرطوب در آينده مي بيند. برتمن و دارلينگ موافق هستند كه اين مواد بايد قبل از اينكه به استفاده عملي تبديل شوند و كارآمدتر شوند. دارلينگ مي گويد: اغلب، مادر طبيعت از ما هوشمندتر است، زيرا او ميلياردها سال است كه راه حل هاي خود را پيدا كرده است. ما هنوز از صدف هاي دريايي ياد مي گيريم.
دانشمندان همچنين در حال انجام تحقيقات روي توانايي فوق العاده PDA براي تبديل نور به گرما هستند. PDA مي تواند 99 درصد انرژيفوتون ها را جذب و آن را ظرف چند تريليونوم ثانيه به حرارت تبديل كندكه مي توان از اين قابليت براي ايجاد يك تبخيركننده فتوترمال قابل انعطاف، مقياس پذيرو كاملا تجزيه پذير به منظور توليد بخار خورشيدي بهينه بهره برد.
البته هنوز چالش هاي زيادي بايد از پيش رو برداشته شود تا بتوان از اين نوآوري ها در دنياي واقعي بهره برد.
دانشمندان همچنان در تلاشند تا به طور كامل خواص مواد شيميايي توليد شده به وسيله صدف هاي سياه را درك كنند و تعاملات پيچيده بين آمينو اسيد ها را كه بر خواص چسبنده تاثير مي گذارند، دريابند.
دانشمندان به اين نتيجه رسيده اند كه در آينده شيمي الهام گرفته شده از صدف هاي سياه، ظرفيت هاي هيجان انگيزي براي ادغام با فناوري هاي در حال ظهور مانند چاپ سه بعدي براي طراحي مواد با كارايي بالا با كنترل بي سابقه بر ساختار و خواص ميان پهنه اى دارند.
منبع: پايگاه اينترنتي مجله کازمو
مترجم: عباس حاجي هاشمي