Международный союз чистой и прикладной химии (Iupac) опубликовал новый список из 10 новых химических технологий, которые могут оказать огромное влияние на нашу жизнь. Неудивительно, что список этого года сосредоточен на пандемии Covid-19, но, несмотря на то, что в здравоохранении существует множество потенциально важных новых химических технологий, такие темы, как энергоэффективность, загрязнение и изменение климата, также не имеют значения.
1. Двойные ионные батареи.
В то время как литий-ионные батареи выиграли Нобелевскую премию по химии в 2019 году, для двухионных батарей наступает новый свет. Литий-ионные батареи сделали возможной миниатюризацию устройств хранения энергии, используемых для ноутбуков, смартфонов и электромобилей. Однако у них есть свои недостатки. Литий и кобальт относительно редки и связаны с неустойчивой добычей. Их можно заменить двухионными батареями.
Двойные ионные батареи - это батареи, в которых анионы и катионы участвуют в хранении энергии. Двойные ионные батареи более экологичны, чем литий-ионные, поскольку их электроды могут быть изготовлены из дешевых и доступных материалов. Исследователи пытаются создать дешевые двойные ионные батареи с использованием нетоксичных органических растворителей, таких как вода, и повысить экологичность. Химики также нашли новые способы производства этих батарей с использованием натрия, калия или алюминия, ресурсов, которых гораздо больше, чем лития.
2. Эмиссия, вызванная агрегацией.
Некоторые молекулы выделяют энергию в виде света, когда они объединяются с другими молекулами. Это называется излучением, вызванным агрегацией, и это явление наблюдается в люминогенах, таких как полиароматические соединения и олигосахариды. Исследователи считают, что эмиссия, вызванная агрегацией, может найти применение в новых люминесцентных материалах для OLED-устройств, датчиков и новых инструментов для создания биологических изображений.
3. Микробиом и биоактивные соединения.
Бактерии в кишечнике могут образовывать широкий спектр молекул в ответ на различные раздражители. Недавний компьютерный анализ генома микробиома обнаружил ряд интересных молекул, в том числе мощные антибактериальные соединения. Это открытие показывает, сколько еще предстоит узнать о микробиоме и как эти открытия могут быть использованы в медицинских исследованиях.
4. Технология жидкостных ворот.
Мембраны, управляемые жидкостными затворами, могут показаться абсурдными на первый взгляд, но эта технология уже была продемонстрирована. Жидкостные мембраны могут реагировать на изменения давления, открывая и закрывая поры по запросу без необходимости электрического управления. Жидкостные затворы могут использоваться для выборочной обработки смесей жидкостей без засорения, поэтому исследователи предполагают, что эта технология будет использоваться в процессах разделения и фильтрации, например, при очистке воды.
5. Неорганическая химия высокого давления.
В области химии высокого давления исследователи применяют сильное давление к химическому веществу и анализируют его реакцию. Под сверхвысоким давлением правила химической связи изменяются, и такие эффекты, как люминесценция, могут усиливаться. Эта область может привести к открытию новых свойств в повседневных химикатах, что приведет, например, к открытию материалов, которые являются сверхпроводниками при комнатной температуре.
6. Макромономеры для лучшей переработки пластика.
Избавление от пластика в океане - задача, которую химики решают с разных сторон. Один из них - переработать пластик, чтобы создать более экологичные материалы. К решениям относятся строительные пластики, которые разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения, или включающие гетероатомы и функциональные группы в полимерные структуры, что приводит к образованию полимеров, которые легче гидролизовать и перерабатывать.
7. Искусственный интеллект в химии.
Как и во многих других областях, искусственный интеллект улучшит работу химиков. Исследователи разрабатывают алгоритмы для ускорения понимания химической структуры, улучшения ретросинтетического анализа, разработки оптимизированных последовательностей реакций и открытия новых лекарств. Реакции также можно было бы легче воспроизводить и масштабировать, становясь при этом более экологичными и эффективными.
8. Наносенсоры
Датчики обнаруживает изменения в окружающей среде. Химические наносенсоры обнаруживают широкий спектр веществ, и сегодня эта область достигла такой степени, что можно обнаруживать отдельные молекулы. Эта технология может найти применение во многих областях и изменить то, как мы принимаем решения об окружающем мире. Например, в здравоохранении обнаружение определенного белка может быть признаком болезни. Наносенсоры также можно использовать для поиска определенных молекул в пище, чтобы определить, безопасен ли продукт для употребления в пищу или нет.
9. Быстрая диагностика для тестирования
Благодаря химии существуют различные типы тестов, которые могут обнаруживать множество различных химических веществ. Тем не менее, это не обязательно только для выявления заболеваний - тесты на беременность - это быстрые диагностические тесты, которые выявляют гормон. Экспресс-тесты для обнаружения Sars-CoV-2 в настоящее время являются областью интенсивных исследований. Некоторые быстрые тесты обнаруживают нити РНК, а другие ищут антигены. Однако World Hea l-я организация в настоящее время не рекомендует медицинским службам внедрять этот тип тестирования во всем мире, поскольку его эффективность все еще сомнительна. Разработка экспресс-тестов, которые могут своевременно и эффективно выявлять Covid и другие заболевания, является постоянной проблемой для химиков.
10. РНК-вакцины
В настоящее время ведутся поиски вакцины, которая могла бы положить конец глобальной пандемии. Фармацевтические компании, такие как Pfizer, работают над уникальным типом вакцин для борьбы с Covid-19: РНК-вакцинами. Вакцина, эффективность которой в предотвращении Covid-19 недавно была подтверждена на 90%, основана на РНК.
РНК-вакцины основаны на синтетической мРНК вирусного белка, что позволяет быстро их конструировать и легко масштабировать. Когда вводится РНК-вакцина, мРНК превращается в вирусные белки. Ответ иммунной системы на эти белки может дать реципиенту вакцины иммунитет. Однако на сегодняшний день ни одна РНК-вакцина для людей не одобрена, но они, несомненно, являются многообещающим путем борьбы с Sars-CoV-2.
Этот последний список химических инноваций следует за прошлогодним списком Iupac, выпущенным в ознаменование своего столетия. По данным организации, эти списки подчеркивают фундаментальную роль химии в защите общества и планеты.