Những thành tựu công nghệ hóa học đáng chú ý trong năm 2016 - P.1

Thảo luận trong 'Giao lưu - giải trí' bắt đầu bởi shcadmin, 7/5/17.

  1. shcadmin

    shcadmin Administrator Thành viên BQT

    Tham gia ngày:
    8/2/17
    Bài gửi:
    48
    Đã được thích:
    0
    Điểm thành tích:
    6
    Những cỗ máy phân tử

    Giải thưởng Nobel hóa học 2016 đã được trao cho ba nhà hóa học Ben L.Feringa, Jean - Pierre Sauvage và J. Fraser Stoddart vì công trình của họ trong lĩnh vực chế tạo những cỗ máy phân tử. Bộ ba nhà khoa học này đã đặt nền móng cho một lĩnh vực mà ngày nay đang nảy mầm phát triển. Thời gian qua, các nhà khoa học đã tiếp tục làm việc dựa trên nền móng đó và đạt được một số kết quả đáng chú ý.

    Các nhà khoa học tại ĐHTH Manchester (Anh) đã phát triển “người máy phân tử”, có thể nhặt lên những kiện hàng phân tử, vận chuyển chúng đến vị trí mới và thả xuống ở đó. “Người máy” này được chế tạo từ một bệ có gắn cánh tay quay với nhóm thiol ở đầu gắp. Cánh tay đó có thể cho liên kết với “kiện hàng” 3-mercaptopropanehydrazid và đẩy nó từ một đầu của bệ đến đầu kia bằng cách thay đổi pH. Kiểu động tác chính xác này là chưa từng có tiền lệ ở phạm vi nhỏ như vậy. Nhóm nghiên cứu hy vọng những động tác đó sẽ dẫn đến những tiến bộ tiếp theo trong lĩnh vực người máy phân tử.

    Nhóm nghiên cứu nói trên cũng tạo ra một cỗ máy phân tử catenan, ở đó một vòng tròn nhỏ quay liên tục theo chiều kim đồng hồ xung quanh một vòng tròn lớn hơn nhờ tương tác với nhiên liệu hóa học 9-florenylmethoxycacbonyl clorua. Hệ thống có thể cung cấp năng lượng cho động cơ protein bên trong các tế bào sống.

    Các nhà nghiên cứu khác đã tái tạo lại hoạt động của ribosom - thành phần quan trọng trong tế bào sống. Các nhà khoa học Anh tại Đại học Oxford và Warwick đã chế tạo một hệ thống các sợi DNA dạng kẹp tóc, có thể lắp ghép các chuỗi peptit bằng cách liên kết với chúng và tự lắp đặt thành các chuỗi DNA đã được lập trình trước. Trong tương lai, những hệ thống tương tự có thể giúp cung cấp năng lượng và điều khiển người máy phân tử.

    Phần mềm máy tính hỗ trợ tổng hợp hóa học

    Năm 2016, một số nhà hóa học đã tập trung khảo sát khả năng của máy vi tính trong việc chuyển đổi phương thức mà chúng ta tiến hành các phản ứng hóa học.

    Một phần mềm vi tính mới do các nhà khoa học tại Viện KHCN quốc gia Ulsan (Hàn Quốc) và Viện Hàn lâm khoa học Ba Lan phối hợp phát triển có thể giúp lập kế hoạch các phản ứng tổng hợp mới trong thời gian cực ngắn mà không cần phải tra cứu hàng trăm trang tài liệu. Phần mềm Chematica này lập sơ đồ của hơn 10 triệu hóa chất và phản ứng giữa chúng. Khi nhập phân tử “đích”, chỉ trong vài giây hệ thống sẽ tìm ra quy trình phản ứng tối ưu, dựa trên chi phí, nguồn cung hóa chất nguyên liệu và số bước phản ứng. Một phần mềm khác của nhóm sử dụng hơn 20.000 quy tắc hóa học đã mã hóa để đề xuất các phản ứng tổng hợp mới. Phần mềm này đã được sử dụng để lập kế hoạch toàn bộ quá trình tổng hợp epicolacton, một sản phẩm phức trong tự nhiên.

    Một nhóm nghiên cứu tại ĐHTH Nottingham Malaysia đã sử dụng phương pháp học máy để dự báo điều kiện tối ưu cho các phản ứng hóa học. Họ phát triển phương pháp vi tính với khả năng thiết kế các chất lỏng ion thu giữ cacbon, đồng thời dự báo nhiệt độ và áp suất hoạt động tốt nhất của chúng, chi phí tổng hợp chúng cũng như độc tính và tính chất ăn mòn của chúng.

    Các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Massachusetts (Mỹ) đã đi xa hơn, họ kết hợp phương pháp học máy với hóa học thực hành để tạo ra “nhà hóa học người máy”. Đây là một thiết bị phản ứng dòng chảy tự động, có thể tự học hỏi từ những sai lầm và tối ưu hóa điều kiện của phản ứng xúc tác dựa trên kết quả thí nghiệm trước đó.

    Nhà máy mini, sản xuất dược phẩm theo yêu cầu

    Các nhà sản xuất dược phẩm thường sản xuất thuốc theo mẻ trong các nhà máy lớn. Nhưng hiện nay một xu hướng mới là giảm chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng bằng cách sử dụng những hệ thống dòng chảy liên tục ở quy mô nhỏ để sản xuất dược phẩm theo yêu cầu.

    Năm 2016, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) đã thiết kế một nhà máy mini với kích thước bằng một chiếc tủ lạnh để sản xuất thuốc. Hệ thống này bao gồm một thiết bị phản ứng cùng với các bộ phận kết tinh, lọc, tái kết tinh và pha chế ở cuối dòng. Nó cũng có một môđun phân tích hóa học và tính toán để kiểm tra chất lượng, đánh giá quá trình. Nhà máy mini này có thể sản xuất hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn liều thuốc sau mỗi chu trình khoảng 2 giờ. Đây là thiết bị đặc biệt hữu ích để sản xuất những loại thuốc có thời gian bảo quản ngắn, dùng cho những nhóm nhỏ bệnh nhân hoặc có thể được sử dụng để đáp ứng những nhu cầu đột xuất.

    Quá trình sản xuất theo mẻ truyền thống thường bị hạn chế về công suất do khó làm nguội các bình chứa lớn, nhưng hệ thống dòng chảy liên tục cho phép thực hiện an toàn những phản ứng sinh nhiều nhiệt.

    Khi nhà máy mini nói trên được công bố tháng 4/2016, ban đầu phần lớn các nhà hóa học đều không tin có thể kết hợp những quá trình với phạm vi xử lý rộng như vậy vào một thiết bị nhỏ. Nhưng từ đó đến nay các nhà khoa học Massachusetts còn giảm tiếp đến 40% kích thước của hệ thống trên bằng cách phát triển các thành phần thiết bị nhỏ hơn và dễ nạp tải hơn, đồng thời giảm kích thước của máy bơm và thực hiện một số thay đổi khác. Phiên bản mới nhất của thiết bị trên có thể sản xuất những loại dược phẩm phức tạp hơn so với những phiên bản trước. Các nhà phát minh đang hợp tác với một công ty dược phẩm để thương mại hóa công nghệ đã đăng ký sáng chế nói trên.

    Phát hiện đầu tiên về vi khuẩn có thể phân hủy PET

    Tuy PET là một trong những chất dẻo được tái chế nhiều nhất, nhưng trên thế giới mỗi năm vẫn có hàng triệu tấn PET được đưa đi chôn lấp. Nguyên nhân là do các liên kết este của PET rất mạnh, có khả năng chống lại các tác động phân hủy. Tại Mỹ, với hoạt động tái chế rất phát triển hiện nay người ta cũng chỉ có thể tái chế được gần một nửa lượng PET phế thải.

    Nhưng chính bã của các nhà máy tái chế chất dẻo đã gợi ý giải pháp cho vấn đề này. Khi nghiên cứu bã chất dẻo tại một cơ sở tái chế chai nhựa PET ở Sakai (Nhật Bản), các nhà khoa học Viện Công nghệ Kyoto đã phát hiện một loại vi khuẩn có khả năng sử dụng PET làm nguồn cacbon và năng lượng, họ đặt tên cho chúng là Ideonella sakaiensis. Đây là lần đầu tiên trên thế giới người ta phát hiện được một loại vi khuẩn có khả năng tiêu hóa PET.

    Khi sản xuất chai PET từ PET đã qua sử dụng, chất dẻo này cần được thủy phân thành các monome, nhưng đây là quá trình cần có nhiệt độ và áp suất cao. Trong khi đó, vi khuẩn Ideonella sakaiensis sử dụng hai enzym để cắt nhỏ polyme ở nhiệt độ rất nhẹ nhàng, chỉ khoảng 30oC, nhờ đó nó tạo điều kiện thu hồi các monome và etylen glycol từ PET.

    Hiện tại, Ideonella sakaiensis cần phải được điều chỉnh thêm để có thể xử lý những lượng lớn phế thải PET trên thế giới: Vi khuẩn này chỉ ưa chuộng PET vô định hình mà không thích PET tinh thể (thường được sử dụng ở phần lớn các sản phẩm PET), hơn nữa các enzym còn hoạt động quá chậm nên chưa thể đưa ra áp dụng ở quy mô công nghiệp.
     

Chia sẻ trang này

Share