חוקרים באוניברסיטת תל אביב מצאו כי חומר ביולוגי רב-שימושי וקל לייצור – די-פפטיד המורכב מרצף קצר של חומצות אמינו, מסוגל ליצור הידרוג'ל המגן על חומרים רגישים מפני מגע עם החמצן באוויר שגורם לנזקים רבים. באופן ספציפי נותן המחקר מענה לאתגר המעסיק חוקרים בכל העולם: הגנה על האנזים הידרוגנאז המאפשר הפקה נקייה של דלק מימן, אך מנוטרל מיד בחשיפה לאוויר, ולכן השימוש בו מוגבל ביותר.
המחקר הובל על ידי פרופ' יפתח יעקובי מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים ופרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ מבית הספר לרפואת שיניים בפקולטה לרפואה ומהמרכז לננו-מדע ולננוטכנולוגיה, ובוצע על ידי תלמידי המחקר ד"ר אורן בן-צבי, יצחק גרינברג וחוקרים נוספים מאוניברסיטת טקסס A&M וממכון מיגל למחקר מדעי בגליל. המאמר התפרסם בכתב העת היוקרתי ACS Nano. המחקר בוצע בתמיכת האקדמיה הלאומית למדע ומשרד האנרגיה.
מסביר פרופ' יעקובי: "גז מימן המופק באמצעות מקורות אנרגיה מתחדשים כמו השמש, נחשב לדלק הנקי ביותר שקיים: צריכתו מייצרת אך ורק אדי מים נקיים, ללא כל פליטות מזהמות. כבר היום נוסעים בכבישי ארה"ב ואירופה מכוניות ואופניים חשמליים המתודלקים במימן, עם טווח נסיעה של עד 500 ק"מ למיכל. השנה צפויה גם ישראל להצטרף לקהל המשתמשים, עם הקמת התחנות הראשונות בארץ לתדלוק במימן. עם זאת, כיום מיוצר המימן עצמו בתהליכים שצורכים אנרגיה רבה ופולטים לאוויר כמות גדולה של חומרים מזהמים.
מנגד, אנו מכירים תהליכים ביולוגיים נקיים ויעילים לייצור מימן – על ידי פירוק מים (H2O) בעזרת אנזים הקרוי 'הידרוגנאז'; אך השימוש בהידרוגנאז לצורך זה מוגבל מאוד לעת עתה, מכיוון שהוא מנוטרל מיד בנוכחות החמצן המצוי באוויר. במחקר שלנו חיפשנו דרך פשוטה ליצור עבור האנזים הידרוגנאז סביבה מוגנת נטולת חמצן, שבה יוכל לפעול ביעילות ולאפשר ייצור מימן בתהליך נקי."
החוקרים בחרו להתמקד בחומר ביולוגי מוכר, פשוט ורב-שימושי – די-פפטיד, כלומר חומר המורכב משתי חומצות אמינו, ששמו Fluorenylmethyloxycarbonyl-diphenylalanine, אשר ידוע כאבן בניין לננו-סיבים המרכיבים הידרוג'ל – ג'ל מבוסס-מים. במעבדתה של פרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ, העוסקת בפיתוח ננו-חומרים, הוכנס האנזים הידרוגנאז לתוך תמיסה המכילה את אבני הבניין של ההידרוג'ל. אבני הבניין הסתדרו מעצמן בתהליך מהיר של הרכבה עצמית ובנו הידרוג'ל שבו שזור האנזים הידרוגנז. תכונותיו של ההידרוג'ל החדש נבחנו במעבדה ובאמצעות סימולציה ממוחשבת.
פרופ׳ אדלר-אברמוביץ: "כשחושפים תמיסת הידרוגנאז לאוויר, החמצן מנטרל אותו תוך שניות בודדות. התהליך שביצענו במעבדה ארז למעשה את ההידרוגנאז בהידרוג'ל שכלא את מולקולות החמצן בתוכו. כך הגן ההידרוג'ל על ההידרוגנאז מפני מגע ישיר עם החמצן, והאנזים לא נוטרל מיד, אלא שרד במים במשך שעות. זו הפעם הראשונה שמתגלה חומר ביולוגי כה פשוט וקל לייצור שמסוגל להגן על חומרים רגישים מפני תהליכי חמצון".
מסכם פרופ' יעקובי: "האפשרות להגן על האנזים הידרוגנאז מפני החמצן שבאוויר ובמים פותחת פתח לשימוש נרחב בהידרוגנאז להפקת דלק מימן – דבר שעשוי להגדיל משמעותית את תפוצת כלי הרכב המונעים במימן – הדלק הנקי ביותר בעולם. בנוסף, המנגנון והכלים שהתגלו במחקר עשויים לתמוך ביישומים רבים נוספים, בהם נדרשת הגנה על חומרים רגישים לחמצן, כגון: הגנה על מצננים במכוניות מפני חלודה, שינוע חמצן, אריזות מזון המשמרות טריות ועוד".
