Kui köögis midagi maitsvat valmistada, siis valatakse smuuti tegemiseks vajalikud koostisained mikserisse, koogi valmistamiseks segatakse jahu ja munad või sõtkutakse tainast, et saavutada täiuslik tekstuur. Ei ole vaja peeneid aineid ega ekstreemseid tingimusi — natuke mehaanilist jõudu ning kogu töö saab tehtud.
„Keemia on mürgiste jääkide tekitamise poolest kurikuulus, seetõttu on hädavajalik arendada jätkusuutlikke tehnoloogiaid,“ rõhutas TalTechi keemiaprofessor, supramolekulaarse keemia uurimisrühma juht Riina Aav. Tema sõnul on teadlased õppinud lahendama keeruliste molekulide loomise probleemi mehhanokeemia-nimelise praktika abilt. Protsessi iseloomustamiseks saab tuua võrdlusi kokandusest. „Selle asemel, et keeta ohtlike kemikaalide segu söövitavates mineraalhapetes ja kasutada keerulisi laboriseadmeid, saab tahkeid aineid lihtsalt raputada, jahvatada ja segada — see meenutab küpsetistaigna või smuuti valmistamist, kuid koos nutika krutskiga,“ kirjeldas protsessi uurimistöö esiautor doktorant Elina Suut-Tuule.
„Keemia on mürgiste jääkide tekitamise poolest kurikuulus, seetõttu on hädavajalik arendada jätkusuutlikke tehnoloogiaid.”
Uutmoodi „kõrvitsaretsept“
Traditsiooniliselt on eriliste kõrvitsaliste perekonna (Cucurbitaceae) molekulide, nagu näiteks biotiin[6]uriili valmistamine olnud pikk ja tülikas protsess. „Eelnevalt nõudis vastavate molekulide valmistamine suurtes koguses ja lahusti vormis tugevaid happeid, pikki reaktsiooniaegu ning tekitas hulgaliselt ohtlikke jäätmeid. Samas on biotin[6]uriil meditsiinis kasulik transmembraanse aniooni kandja ning võib teisteski kasutusvaldkondades käituda molekulaarretseptorina, seetõttu on antud molekuli süntees vajalik,“ selgitas Aav.
Nii ongi TalTechi supramolekulaarse rühma teadlased, kuhu kuuluvad lisaks Aavale Elina Suut-Tuule, Eve Schults, Tatsiana Jarg ja Dzmitry Kananovich, leidnud puhtama, kiirema, tõhusama ja keskkonnasõbralikuma viisi biotiin[6]uriili valmistamiseks. Sellises praktikas väljendubki mehhanokeemia olemus.
„Meetod võimaldab kasutada tahkete kemikaalide segamisel mehaanilist jõudu ja ning käivitada nendevahelise reaktsiooni. Sel moel oleme leidnud asenduse eelmisele meetodile, mis eeldas ohtlike segude keetmist,“ märkis vanemteadur Dzmitry Kananovich. „Varasem teaduslaborite kontrollitud tingimustes teostatud jahvatamisprotsess oli puudulik, ent see tehniline probleem on nüüdseks leidnud laboratoorsete kuulveskite kasutuselevõtuga lahenduse.“
See tähendab, et tahked koostisosad pannakse kuulveskisse, segatakse seal kokku ja seejärel asetatakse segu ahju, et lasta keemial ülejäänud töö ära teha. „See sarnaneb küpsisetaigna valmistamisega — õiged koostisosad moodustavad ahjus koos mõningase segamise ja kuumutamisega midagi täiesti uut,“ selgitas magistrant Eve Schults.
Molekule saab mehhanokeemia abil valmistada ilma mürgiste lahustiteta, lihtsalt tahkeid koostisosi jahvatades. Illustratsioon: Eve Schults
Kuidas “molekulaarne küpsetamine” käib?
Selleks, et protsessist täpsemalt aru saada, soovitavad teadlased kujutada ette, kuidas tillukesstest molekulaarsetest ehitusklotsidest vormitakse ideaalse kujuga kõrvits.
Kõigepealt võetakse kaks põhikoostisosa: D-biotiin (B7 vitamiin, mida leidub paljudes toitudes) ja paraformaldehüüd. „Varem kasutati nende ehitusklotside kokkupanekuks suurt kogust hapet, kuid nüüd lisatakse hapet 200 korda vähem, vaid mõned tilgad – koostisosa mõõdetakse hoolikalt, nagu retseptiski,“ rääkis Suut-Tuule.
Seejärel pannakse kõik kuulveskisse, mis raputab ja jahvatab koostisosad üheks. Jahvatamine aitab vitamiinimolekulidel õigesti koonduda. Kui segamine on lõpetatud, asetatakse jahvatatud segu inkubaatorisse ehk teadlaste ahju. Õigel temperatuuril ja sobiva aja möödudes hakkavad molekulid ise organiseeruma ning need „küpsevad“ täiusliku kujuga molekulaarseks kõrvitsaks — biotiin[6]uriiliks. Suut-Tuule ja Aav rõhutasid, et tänu “molekulaarsele küpsetamisele” on muutunud keemia kiiremaks, puhtamaks ja jätkusuutlikumaks — üks väike molekulaarne kõrvits korraga!
Jahvatamine rohelisema tuleviku nimel?
Kõige põnevam on TalTechi teadlaste sõnul aga see, et mehhanokeemiline lähenemine ei tähenda ainult seda, et valmistatakse kümnete grammide kaupa biotiin[6]uriili , vaid meetod võib muuta kilogrammide ja tonnide ulatuses tootmisprotsessi ennast, alates ainetest kuni materjalideni. Uus meetod annab aimu, kuivõrd puhtamaks võib muutuda keskkond, kui ravimi- ja keemiafirmad suudaksid toota elupäästvaid ravimeid ja teisi kemikaale ilma mürgiseid jäätmemägesid tekitamata, või kui tööstused looksid lihtsalt vähese mehhaanilise jõu ja õigete koostisosade jahvatamise toel uusi ja jätkusuutlikke materjale. „Raputada, segada ja jahvatada saab mujalgi kui ainult köögis – nii võime saada enda kasutusse need salajased protsessid, mis juhivad keemia puhtama ja rohelisema tuleviku suunas.“
„Raputada, segada ja jahvatada saab mujalgi kui ainult köögis – nii võime saada enda kasutusse need salajased protsessid, mis juhivad keemia puhtama ja rohelisema tuleviku suunas.“
