बिजली का उत्पादन करने के लिए एंजिम्स का उपयोग करना

मेलबोर्न (वार्तालाप): यह आश्चर्यजनक लग सकता है, लेकिन जब समय कठिन होता है और कोई अन्य भोजन उपलब्ध नहीं होता है, तो मिट्टी के कुछ बैक्टीरिया ऊर्जा स्रोत के रूप में हवा में हाइड्रोजन के निशान का उपभोग कर सकते हैं। वास्तव में, जीवाणु वायुमंडल से सालाना 70 मिलियन टन हाइड्रोजन को हटाते हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो वास्तव में उस हवा की संरचना को आकार देती है जिसे हम सांस लेते हैं। हमने एक एंजाइम को अलग किया है जो कुछ जीवाणुओं को हाइड्रोजन का उपभोग करने और उससे ऊर्जा निकालने में सक्षम बनाता है और पाया कि हाइड्रोजन की थोड़ी सी भी मात्रा के संपर्क में आने पर यह सीधे विद्युत प्रवाह उत्पन्न कर सकता है।

जैसा कि हम नेचर में एक नए पेपर में रिपोर्ट करते हैं, एंजाइम में भविष्य में छोटे, टिकाऊ वायु-संचालित उपकरणों को बिजली देने की काफी क्षमता हो सकती है। बैक्टीरिया के जीन में हवा को बिजली में बदलने का रहस्य होता है। इस खोज से प्रेरित होकर, हमने माइकोबैक्टीरियम स्मेग्मेटिस नामक मिट्टी के जीवाणु के आनुवंशिक कोड का विश्लेषण किया, जो हवा से हाइड्रोजन का सेवन करता है। इन जीनों में हाइड्रोजन की खपत के लिए जिम्मेदार आणविक मशीन के उत्पादन और इसे जीवाणु के लिए ऊर्जा में परिवर्तित करने का खाका है। यह मशीन एक एंजाइम है जिसे "हाइड्रोजनेज" कहा जाता है, और हमने इसे संक्षेप में हूक नाम दिया है। हाइड्रोजन सबसे सरल अणु है, जो दो धनावेशित प्रोटॉनों से मिलकर बना होता है, जो दो ऋणावेशित इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाए गए बंधन द्वारा जुड़े होते हैं। Huc इस बंधन को तोड़ता है, प्रोटॉन अलग हो जाते हैं, और इलेक्ट्रॉनों को छोड़ दिया जाता है।

बैक्टीरिया में, ये मुक्त इलेक्ट्रॉन तब "इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन" नामक एक जटिल सर्किट में प्रवाहित होते हैं और सेल को ऊर्जा प्रदान करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। बहने वाले इलेक्ट्रॉन वे होते हैं जिनसे बिजली बनती है, जिसका अर्थ है कि Huc सीधे हाइड्रोजन को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित करता है। हाइड्रोजन वायुमंडल का केवल 0.00005% प्रतिनिधित्व करता है। इतनी कम मात्रा में इस गैस का उपभोग करना एक विकट चुनौती है, जिसे कोई भी ज्ञात उत्प्रेरक प्राप्त नहीं कर सकता है। इसके अलावा, ऑक्सीजन, जो वातावरण में प्रचुर मात्रा में है, अधिकांश हाइड्रोजन-उपभोग करने वाले उत्प्रेरकों की गतिविधि को जहर देती है।

हम जानना चाहते थे कि हूक इन चुनौतियों से कैसे पार पाता है, इसलिए हमने इसे एम. स्मेग्मेटिस कोशिकाओं से अलग करना शुरू किया। इसे करने की प्रक्रिया जटिल थी। हमने सबसे पहले एम. स्मेग्मेटिस में जीन को संशोधित किया जो बैक्टीरिया को यह एंजाइम बनाने की अनुमति देता है। ऐसा करने में हमने Huc में एक विशिष्ट रासायनिक अनुक्रम जोड़ा, जिसने हमें इसे M. smegmatis कोशिकाओं से अलग करने की अनुमति दी। हूक को अच्छी तरह से देखना आसान नहीं था। इससे पहले कि हम अंतत: सरल एंजाइम के उच्च-गुणवत्ता वाले नमूने को अलग-थलग कर सकें, इसमें कई साल लग गए और कुछ प्रायोगिक गतिरोध समाप्त हो गए। हालाँकि, कड़ी मेहनत इसके लायक थी, क्योंकि आखिरकार हमने जो Huc का उत्पादन किया वह बहुत स्थिर है। यह गतिविधि हानि के बिना 80 डिग्री सेल्सियस से -80 डिग्री सेल्सियस तक तापमान का सामना करता है।

हवा से हाइड्रोजन निकालने के लिए आणविक खाका Huc पृथक के साथ, हम यह पता लगाने के लिए कि वास्तव में एंजाइम क्या करने में सक्षम है, इसका गहनता से अध्ययन करना शुरू कर दिया है। यह हवा में हाइड्रोजन को बिजली के स्थायी स्रोत में कैसे बदल सकता है? उल्लेखनीय रूप से, हमने पाया कि बैक्टीरिया से अलग होने पर भी, हक हवा में छोटे निशानों की तुलना में बहुत कम सांद्रता पर हाइड्रोजन का उपभोग कर सकता है। वास्तव में, हूक ने अभी भी हाइड्रोजन की थोड़ी-सी फुसफुसाहट का सेवन किया, जिसका पता हमारे गैस क्रोमैटोग्राफ द्वारा नहीं लगाया जा सकता, यह एक अत्यधिक संवेदनशील उपकरण है जिसका उपयोग हम गैस की सांद्रता को मापने के लिए करते हैं।

हमने यह भी पाया कि हक पूरी तरह से ऑक्सीजन से मुक्त है, एक ऐसा गुण जो हाइड्रोजन की खपत करने वाले अन्य उत्प्रेरकों में नहीं देखा जाता है। हाइड्रोजन को बिजली में बदलने की इसकी क्षमता का आकलन करने के लिए हमने इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री नामक तकनीक का इस्तेमाल किया। इससे पता चला कि एचयूसी हवा में हाइड्रोजन की सूक्ष्म सांद्रता को सीधे बिजली में परिवर्तित कर सकता है, जो एक विद्युत सर्किट को शक्ति प्रदान कर सकता है। हाइड्रोजन की खपत करने वाले उत्प्रेरक के लिए यह एक उल्लेखनीय और अभूतपूर्व उपलब्धि है। हक आणविक स्तर पर यह कैसे करता है, इसका अध्ययन करने के लिए हमने कई अत्याधुनिक तरीकों का इस्तेमाल किया। इनमें उन्नत माइक्रोस्कोपी (क्रायोजेनिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी) और इसकी परमाणु संरचना और विद्युत मार्गों को निर्धारित करने के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी शामिल हैं, जो इस विधि द्वारा अभी तक रिपोर्ट की गई सबसे अधिक हल की गई एंजाइम संरचना का उत्पादन करने के लिए सीमाओं को आगे बढ़ाते हैं। एंजाइम कल के उपकरणों को बिजली देने के लिए हवा का उपयोग कर सकते हैं यह इस शोध के शुरुआती दिन हैं, और हक की क्षमता का एहसास करने के लिए कई तकनीकी चुनौतियों को दूर करने की जरूरत है। एक बात के लिए, हमें Huc के उत्पादन के पैमाने को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाने की आवश्यकता होगी।

लैब में हम मिलीग्राम मात्रा में Huc का उत्पादन करते हैं, लेकिन हम इसे ग्राम और अंततः किलोग्राम तक बढ़ाना चाहते हैं। हालाँकि, हमारा काम दर्शाता है कि Huc एक "प्राकृतिक बैटरी" की तरह कार्य करता है जो हवा या अतिरिक्त हाइड्रोजन से निरंतर विद्युत प्रवाह का उत्पादन करता है। नतीजतन, हक के पास सौर ऊर्जा के विकल्प के रूप में छोटे, टिकाऊ वायु-संचालित उपकरणों को विकसित करने की काफी क्षमता है। हवा में हाइड्रोजन द्वारा प्रदान की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा कम होगी, लेकिन बायोमेट्रिक मॉनिटर, घड़ी, एलईडी ग्लोब या साधारण कंप्यूटर को बिजली देने के लिए पर्याप्त होगी।

अधिक हाइड्रोजन के साथ, Huc अधिक बिजली पैदा करता है और संभावित रूप से बड़े उपकरणों को शक्ति प्रदान कर सकता है। एक अन्य अनुप्रयोग जलविद्युत का पता लगाने के लिए हक-आधारित बायोइलेक्ट्रिक सेंसर का विकास होगा

सोर्स : thehansindia