Десять важнейших технологий в химии
IUPAC опубликовал список наиболее перспективных направлений исследований
Для составления списка Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) созвал группу независимых экспертов. Их выбор пал на технологии защиты окружающей среды и устойчивого развития, а также на технологии для борьбы с пандемией.
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Президент IUPAC Хавьер Гарсия Мартинес, представляя список, объяснил его задачу — группа экспертов выявляет наиболее перспективные технологии, а еще стремится к разнообразию идей: «Каждая технология, оказавшаяся в списке, по-своему замечательна, но важно, что она вносит существенный вклад в решение проблем человечества. К примеру, зеленая технология синтеза аммиака позволит значительно снизить выбросы углекислого газа, сопровождающие производство удобрений. А метаболомика дает исследователям новые инструменты для изучения клеточной биологии».
Искусственный гумин из биомассы
Гумин, один из важнейших элементов гумуса, образуется в природе из остатков растений и служит источником питательных веществ. Но естественный процесс образования гумуса сопровождается выделением углекислого газа и метана. Искусственный гумин значительно уменьшает выбросы парниковых газов и улучшает качество почвы, поскольку может быть сбалансирован по составу. Один из вариантов производства искусственного гумина без парниковых газов — гидротермическая гумификация органических остатков: их, по сути, варят с добавлением золы.
Блокчейн
Это уже хорошо известная технология хранения данных, в основном ее используют как инструмент для цифровых трансакций. Химики-исследователи выбрали блокчейн, чтобы одновременно и сохранять последовательность операций в прикладных работах, и держать их открытыми для всех участников проекта. А химические компании с помощью блокчейна модернизируют цепочки поставок и обеспечения их безопасности.
Хемилюминесценция
Молекулы, излучающие свет, используются во многих сферах: с их помощью обнаруживают кровь на месте преступления или подсвечивают биологические образцы под микроскопом. Следующий шаг — использовать хемилюминесцентные зонды на основе диоксетанов (диоксациклобутанов), например, для обнаружения в организме определенных типов опухолей и патогенных бактерий вроде сальмонеллы.
Химический синтез РНК и ДНК
Идея вакцины от ковида на основе мРНК блестяще воплощена, следующий шаг — использовать этот метод для профилактики других инфекций и лечения рака и диабета. Химический синтез РНК и ДНК теперь полностью автоматизирован, есть несколько вариантов настольных устройств для этого. А вскоре рутинной станет технология нанесения ДНК на кремниевые микрочипы — вместо интегральной схемы.
Сверхсмачиваемость
Сверхсмачиваемые материалы сочетают в себе два противоположных свойства — гидрофобность и гидрофильность. Для их создания ученые черпали вдохновение в природе, изучая листья лотоса, которые чрезвычайно трудно намочить, и паутину, которая отлично притягивает воду. Сверхсмачиваемые материалы уже используются, например, для удаления примесей из воды, а еще служат основой самоочищающегося текстиля.
Полусинтетическая жизнь
Синтез нуклеотидов уже налажен, дело за инструментами, которые позволят минимизировать количество ошибок при транскрипции и трансляции ДНК. Другое направление этой технологии представлено синтезом не существующих в природе нуклеотидов. Их применение позволит разработать новые методы лечения рака. Пионерскую разработку сделала компания Synthorx, приобретенная Sanofi: ее метод, получивший название Thor-707, проходит клинические испытания.
Метаболомика отдельных клеток
Вообще, метаболомика занимается химическими процессами в живых организмах на клеточном уровне. Уже можно строить метаболические профили отдельных клеток, следующий шаг — изучение процессов, возникающих при взаимодействии болезнетворного организма с клетками тела.
Зеленое производство аммиака
Аммиак — один из главных исходных элементов для промышленной химии. Но производство аммиака ведется по технологии более чем столетней давности, она называется «процесс Габера—Боша». Этот процесс очень энергозатратен и сопровождается выбросами большого количества углекислого газа. Чтобы его заменить, исследуется применение новых катализаторов, а также прямой электрохимический синтез в водных, солевых или твердотельных электролитических ячейках. Есть определенные надежды и бактериальные ферменты, восстанавливающие азот.
Сонохимические покрытия
Использование звуковых волн для запуска химических реакций имеет большой потенциал в производстве инновационных материалов — особенно для противомикробных покрытий или детекторов патогенных бактерий. Другие направления «звуковой химии» могут обеспечить продление сроков хранения пищи, повышение производительности и срока службы литийионных батарей.
Прицельная деградация белков
Эта технология позволяет исследователям контролировать количество вредного белка в организме, а не пытаться подавлять его активность. Препараты в этой технологии используют природный метод протеасомной деградации белков — обычно так клетки утилизируют продукты своего метаболизма. Но он годится и для лечения заболеваний, связанных с накоплением патологических белков: многих видов рака, болезней Альцгеймера и Паркинсона. Технология уже привлекла инвестиции от крупных фармацевтических компаний.
По материалам публикации