Искусственный лист впервые "изготовил" лекарства при помощи солнечного света

Мини-реактор в трёх разных версиях. Внутри искусственных листьев можно заметить микрофлюидные каналы.

Иллюстрация Technical University of Eindhoven.

Можно ли наладить простой и недорогой процесс производства лекарств, который будет осуществляться где угодно, а в качестве источника энергии потребуется лишь солнечный свет? Определённо, это возможно, если в качестве "реактора" для создания препаратов выступает устройство под названием искусственный лист.

Как известно, натуральные листья собирают солнечный свет, и эта энергия используется молекулами хлорофилла для химической реакции, которая превращает углекислый газ и воду в глюкозу. Растение использует глюкозу для производства энергии и удаляет кислород как ненужный продукт.

Искусственные листья предназначены для имитации этого процесса. Они, как правило, изготовлены из полупрозрачных материалов, которые пропускают солнечный свет и направляют его к крошечным микрофлюидным каналам, проходящим через материал, как вены. Через эти каналы течёт определённая жидкость, и энергия солнечного света вызывает химическую реакцию в этой жидкости, превращая её в нечто полезное, например, топливо или лекарство.

Именно над "листьями-реакторами" для производства лекарств трудятся учёные из Технического университета Эйндховена в Нидерландах.

Ещё в 2016 году команда под руководством Тимоти Ноэла (Timothy Noël) совместила технологию концентрации солнечного света (так называемый люминесцентный солнечный концентратор, LSC) с очень тонкими микроканалами, которые заполняются специальной жидкостью.

Об этой работе авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали. Результатом труда инженеров стал миниатюрный листовидный генератор, который фокусирует солнечный свет на химические вещества, протекающие через крошечные "вены" устройства.

Этот прототип был доработан и усовершенствован, и теперь команда представила и испытала итоговую версию листовидного "мини-реактора".

Изначально прототип был сделан из силиконовой резины, однако новую версию изготовили из оргстекла (полиметилметакрилата).

"Этот материал дешевле, и его легче производить в больших количествах. Он также имеет более высокий показатель преломления, – поясняет Тимоти Ноэл. – Но самое главное, что мы можем добавить больше типов светочувствительных молекул в оргстекло. В результате, в принципе, все химические реакции теперь возможны в этом "реакторе" по всей ширине спектра видимого света".

Кроме того, команда заявила о создании механизма для стабилизации производства: оно перестало зависеть от количества и распределения прямых солнечных лучей. Новая система обратной связи, которая стоит менее 10 евро (более 700 рублей по курсу на 10.09.2019), может ускорить или замедлить процесс создания лекарств.

В ходе испытаний новая версия искусственного листа создала два препарата: артемизинин, который применяют для борьбы с малярией, и аскаридол, который используется против некоторых паразитических червей.

По словам учёных, учитывая небольшой размер и масштабируемость "мини-реактора", его в конечном итоге можно будет использовать для производства различных лекарств и молекул непосредственно там, где они необходимы. Например, лекарства от малярии могут производиться в тропических регионах, что избавит местных медиков от дополнительных затрат и проблем, которые могут возникнуть при транспортировке препаратов на большие расстояния.

Более того, не исключено, что та же система в будущем позволит покорителям Луны, Марса и других миров получать жизненно важные препараты и соединения.

Авторы уверены, что их разработка, помимо прочего, решит ещё одну важную проблему фармацевтической промышленности. Дело в том, что коммерческое производство лекарств в настоящее время не обходится без токсичных химических веществ и ископаемого топлива (ведь работа предприятий требует большого количества энергии).

Новая же технология сделает производство лекарств более экологичным, стабильным, дешёвым и, в теории, гораздо более быстрым.

"Нет никаких препятствий для применения этой технологии на практике, за исключением того факта, что она работает только при дневном свете. Искусственные листья прекрасно масштабируются и работают там, где есть солнечный свет. А их недорогая и автономная конструкция делает их идеально подходящими для экономически эффективного производства химических соединений. – говорит Ноэл. – Я уверен, что мы сможем провести коммерческое испытание этой технологии в течение года. Всё, что для этого потребуется, – партнёрство с фармацевтической компанией, которая заинтересована в том, чтобы продолжить этот путь вместе с нами".

Подробнее об этой разработке рассказывается в статье, представленной в журнале Angewandte Chemie.

Кстати, ранее мы сообщали о создании искусственного листа, который будет генерировать кислород на Земле и других планетах.

А наладить производство нужных препаратов и соединений учёным также помогает технология редактирования генов. С её помощью удалось превратить табачное растение в "биореактор" и создать ГМ-кур, несущих "лекарственные яйца".