పరిశోధకులు తరచుగా కిరణజన్య సంయోగక్రియను చూస్తారు — మొక్కలు మరియు బ్యాక్టీరియాలో సూర్యరశ్మిని రసాయన శక్తిగా మార్చే ప్రక్రియ — ఆవిష్కరణకు ఒక నమూనాగా. కిరణజన్య సంయోగక్రియ క్లోరోఫిల్ పిగ్మెంట్‌లతో ముడిపడి ఉంటుంది, కాంతిని పండించడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తున్న చిన్న ఆకుపచ్చ అణువులు. సహజంగానే, ఈ క్లోరోఫిల్ అణువులు మొక్కలు మరియు బ్యాక్టీరియాలో కాంతి శోషణను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి మరియు శక్తి కోసం సూర్యరశ్మిని సమర్థవంతంగా సంగ్రహించడానికి ఖచ్చితమైన నిర్మాణాలుగా నిర్వహించబడతాయి. ఈ సహజ నిర్మాణం నుండి ప్రేరణ పొందిన శాస్త్రవేత్తలు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు పునరుత్పాదక శక్తిలో అనువర్తనాల కోసం క్లోరోఫిల్-ఆధారిత నిర్మాణాలను కృత్రిమంగా సమీకరించే మార్గాలను అన్వేషించారు.
జపాన్‌లోని చిబా విశ్వవిద్యాలయంలోని గ్రాడ్యుయేట్ స్కూల్ ఆఫ్ ఇంజనీరింగ్‌కు చెందిన ప్రొఫెసర్ షికీ యాగై మరియు మిస్టర్ రియో కుడో నేతృత్వంలోని ఇటీవలి అధ్యయనం, పరిశోధకుల బృందంతో కలిసి, క్లోరోఫిల్-వంటి అణువులను ఎలా సవరించడం ద్వారా విభిన్నమైన నిర్మాణాత్మక ఏర్పాట్లను రూపొందించడానికి వాటిని ఎలా నిర్దేశించవచ్చో ప్రదర్శించారు. ఇది సింథటిక్ లైట్-హార్వెస్టింగ్ పదార్థాలను మార్చగలదు. ఈ అధ్యయనం సంపుటి 11, సంచిక 22లో ప్రచురించబడింది ఆర్గానిక్ కెమిస్ట్రీ ఫ్రాంటియర్స్ అక్టోబర్ 08, 2024న.
“కిరణజన్య సంయోగ బ్యాక్టీరియా అత్యంత వ్యవస్థీకృత క్లోరోఫిల్ శ్రేణులను ఉపయోగించుకుంటుంది, తక్కువ-కాంతి పరిస్థితుల్లో కూడా కాంతిని సంగ్రహించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. మేము ఈ నిర్మాణాలను ఒకే సింథటిక్ మాలిక్యులర్ డిజైన్ ఆధారంగా పునర్నిర్మించాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాము. ప్రకృతిలో పరిణామం యొక్క కోర్సు, “ప్రొఫెసర్ యాగై వివరించారు. ఈ నిర్మాణాలను రూపొందించడానికి, బృందం హైడ్రోజన్ బంధం ద్వారా బార్బిటురిక్ యాసిడ్ యూనిట్‌ను జోడించడం ద్వారా క్లోరోఫిల్ అణువును సవరించింది మరియు స్థిరమైన రోసెట్‌లాంటి వలయాలను రూపొందించడానికి మరియు వాటి క్రమానుగత స్టాకింగ్‌ను నియంత్రించడానికి “డెన్డ్రాన్‌లు” అని పిలువబడే చెట్టు లాంటి పరమాణు నిర్మాణాలను జోడించింది.
సవరించిన పత్రహరితాన్ని వేర్వేరు ద్రావకాలలో కరిగించినప్పుడు, క్లోరోఫిల్ రోసెట్‌లు విశేషమైన ప్రవర్తనను ప్రదర్శించాయి. మిథైల్‌సైక్లోహెక్సేన్ వంటి నాన్-పోలార్ ద్రావకంలో, చిన్న రెండవ తరం డెండ్రాన్‌లతో కూడిన క్లోరోఫిల్ ఉత్పన్నాలు హెలికల్ ఫైబర్‌లలో పేర్చబడి ఉంటాయి, అయితే స్థూలమైన, మూడవ తరం డెండ్రాన్‌లు చిన్న, డిస్క్-ఆకారపు కంకరలలో ఉంటాయి. కిరణజన్య సంయోగక్రియ బ్యాక్టీరియాలో కనిపించే వృత్తాకార మరియు గొట్టపు ఏర్పాట్లను అనుకరిస్తూ, తద్వారా వారు క్లోరోఫిల్ అణువులను రెండు వేర్వేరు రూపాల్లో సమీకరించగలరు, అవి స్తంభాల స్టాక్‌లు మరియు వివిక్త కంకరలు. దీనికి విరుద్ధంగా, క్లోరోఫామ్‌లో కరిగినప్పుడు, క్లోరోఫిల్ ఉత్పన్నాలు రెండూ రోసెట్ నమూనాలను ఏర్పరుస్తాయి.
అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోపీ, ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ మరియు స్మాల్-యాంగిల్ ఎక్స్-రే స్కాటరింగ్ వంటి అధునాతన ఇమేజింగ్ టెక్నిక్‌లను ఉపయోగించి, బృందం ఈ సింథటిక్ క్లోరోఫిల్ సమావేశాల యొక్క ప్రత్యేకమైన ఆకారాలు మరియు అమరిక నమూనాలను వర్గీకరించింది. రెండవ తరం డెండ్రాన్ క్లోరోఫిల్స్ ద్వారా ఏర్పడిన హెలికల్ ఫైబర్‌లు అధిక ఆర్డర్ నిర్మాణాన్ని ప్రదర్శిస్తాయని, మూడవ తరం డెండ్రాన్ క్లోరోఫిల్స్ మరింత సజాతీయ, గోళాకార ఆకారాన్ని ప్రదర్శిస్తాయని వారు కనుగొన్నారు.
“పరమాణు రూపకల్పనలో సూక్ష్మమైన సర్దుబాట్లు క్లోరోఫిల్ యొక్క తుది సమీకరించబడిన నిర్మాణంలో గణనీయమైన వ్యత్యాసాలకు దారితీస్తాయని మా పరిశోధనలు చూపిస్తున్నాయి, ఇది నిర్దిష్ట కాంతి-కోత లక్షణాలతో పదార్థాలను రూపొందించడానికి దోపిడీ చేయబడుతుంది” అని ప్రొఫెసర్ యాగై వ్యాఖ్యానించారు. “మాలిక్యులర్ స్వీయ-అసెంబ్లీని నియంత్రించడంలో ఈ అంతర్దృష్టులు ఫంక్షనల్ మెటీరియల్స్ సైన్స్‌లో పురోగతులను రేకెత్తించగలవు. సహజ కిరణజన్య సంయోగ వ్యవస్థల సామర్థ్యాలను అనుకరించడమే కాకుండా వాటిని అధిగమించే పదార్థాలను సృష్టించగల సామర్థ్యంతో మేము ఆశ్చర్యపోయాము.”
ఈ అధ్యయనం క్లోరోఫిల్-వంటి నిర్మాణాల అసెంబ్లీని సూక్ష్మంగా చక్కగా ట్యూన్ చేయడం ద్వారా కాంతి-పెంపకం పదార్థాలను సంశ్లేషణ చేయడానికి అనేక అవకాశాలను ఆవిష్కరిస్తుంది. ప్రత్యేకించి, ప్రొ. యాగై బృందం సామర్థ్యం మరియు అనుకూలత రెండింటిలోనూ సహజ పదార్థాలను అనుకరించే మరియు మించిన మెటీరియల్‌లను రూపొందించాలని కోరుకుంటుంది. ఖచ్చితమైన కాంతి శోషణ మరియు శక్తి బదిలీపై ఆధారపడే సౌరశక్తి సేకరణ, అధునాతన సెన్సార్‌లు మరియు ఇతర సాంకేతికతలలో ఆశాజనకమైన అప్లికేషన్‌లతో, ఈ ఆవిష్కరణలు రంగంలో విప్లవాత్మక మార్పులు చేయగలవు మరియు స్థిరమైన శక్తి మరియు అంతకు మించిన అవకాశాలను పునర్నిర్వచించగలవు.
