Virukset ja väriaineet voidaan valjastaa vedenpuhdistukseen

Aalto-yliopiston tutkijat kehittivät uuden tavan luoda viruspohjaisia materiaaleja, joita voidaan tulevaisuudessa hyödyntää muun muassa ympäristöteknologiassa.

Tupakan mosaiikkivirus on 300 nanometrin mittainen sauvamainen virus, joka nimensä mukaisesti infektoi erityisesti tupakkakasvia. Nyt tutkijat ovat valjastaneet sen hyötykäyttöön uuden biohybridimateriaalin raaka-aineena.

Professori Mauri Kostiaisen johtama Aalto-yliopiston tutkimusryhmä yhdisti viruksen laboratoriossaan ftalosyaniiniin. Se on verelle värin antavan hematoporfyriinin johdannainen, jonka avulla hybridimateriaalista saadaan valon kanssa katalyyttisesti aktiivinen, esimerkiksi hapettamaan haitallisia yhdisteitä jätevedessä.

”Sopivan valoherkkyyden antajan löytäminen oli ensimmäinen haasteemme”, kertoo tutkijatohtori Eduardo Anaya.

”Ftalosyaniini on erittäin tehokas happiradikaalien tuottaja. Väriaineena sillä on kuitenkin taipumus kasaantua voimakkaasti joutuessaan kosketuksiin veden kanssa, mikä heikentää valoherkkyyttä. Siksi meidän piti suunnitella molekyyli, joka säilyisi aktiivisena myös vedessä.”

Yhdessä Universidad Autónoma de Madridin professorin Tomas Torresin tutkimusryhmän kanssa Kostiaisen ryhmä loi ftalosyaniinistä johdannaisen, jolla on vahva positiivinen sähkövaraus. Tupakan mosaiikkivirus taas on negatiivisesti varautunut.

”Yhdistämällä ne loimme valoherkän kuitumaisen materiaalin, jonka rakenne on erittäin tarkasti järjestäytynyt. Rakenteen tutkimisessa hyödynsimme erilaisia mikroskopiatekniikoita sekä röntgendiffraktiota Aalto-yliopiston OtaNanossa”, Anaya kertoo

Tutkimus osoitti, että väriaine säilyttää aktiivisuutensa myös virukseen kiinnittyneenä. Tämä mahdollistaa hybridimateriaalin käyttämisen heterogeenisessä katalyysissä, jossa katalyytti eli reaktiota nopeuttava aine on eri olomuodossa kuin reaktiotuote. Heterogeenisellä katalyysillä on tärkeä rooli teollisuudessa.

”Heterogeenisen katalyysin avulla saavutetaan jatkuva prosessi, jolloin hapetusreaktiota on mahdollista hyödyntää myös suuressa mittakaavassa”, Eduardo Anaya selittää.

Kehitetyn materiaalin etu on myös helppo kierrätettävyys: kun hapetusreaktio on ohi, kuidut voidaan purkaa valopulssin avulla.

Horizon 2020 Marie Skłodowska-Curie -rahoituksen saaneen projektin tavoitteena on kehittää valoherkkiä biomateriaaleja, joita voidaan hyödyntää monella alalla nanolääketieteestä ympäristötieteisiin.

Tutkimus julkaistiin äskettäin Advanced Materials -lehdessä. 
Eduardo Anaya-Plaza et al. “Phthalocyanine-Virus Nanofibers as Heterogeneous Catalysts for Continuous-Flow Photooxidation Processes”, 2019, DOI: 10.1002/adma.201902582
Linkki julkaisuun