博士課程の学生キエケ・デ・ブール氏（食品プロセス工学）は、導電性材料に微弱な電流を流すことで、タンパク質や香料を捕捉し、通常はそれらを再び放出することができます。彼女は、食品廃棄物から貴重な物質を回収するのに役立つ分子スイッチを開発しました。
「すべての人々を養うにはもっと多くの食料が必要ですが、地球では生産できる量が限界に来ています」とデ・ブール氏は言う。 「同時に、生産中に多くの食料が失われ、多くが無駄になっています。残留物からタンパク質などの貴重な成分を回収できれば、追加の原材料を使用することなく、より多くの人に食事を提供できるようになります。」
残留流の処理には、多くの溶媒と塩がよく使用されます。それはもっと持続可能な方法で実現できるのではないか、とデ・ブール氏は考えた。彼女は、ポリマーポリピロールが電気によって制御され、どのようにして分子と結合したり解放したりできるかを研究しました。
ポリピロールは、導電性ポリマー (同じ小さな分子が多数連なった鎖) です。電流により、ポリピロールはいわゆる酸化還元反応を起こし、電子を獲得または喪失し、材料の電荷が変化します。これにより、表面がわずかにプラスまたはマイナスになり、わずかに親水性 (親水性) または疎水性 (撥水性) が高くなります。 「これらの変化は、材料が分子を引き付けるか反発するかを決定します」とデ・ボア氏は説明します。
彼女はミルクプロテインを使ってその原理をテストしました。タンパク質は疎水性の表面にくっつくことを好みますが、離れるのは困難です。ポリピロールを酸化するとプラスの電荷が与えられ、疎水性がわずかに高まります。その能力において、タンパク質をよりよく保持します」とデ・ボア氏は言います。反対のプロセスである還元では、材料はより親水性になり、中性に帯電します。「その後、タンパク質の一部が放出されます。このようにして、酸化から還元へのスイッチは一種のオンオフスイッチのように機能します。」
博士課程の学生が酸化から還元、または酸化から還元にスイッチを入れるたびに、分子は同じように反応しました。 「完全な可逆性、つまりすべてを保持して手放すことはまだ不可能ですが、タンパク質の保持と放出の切り替えを数回連続で実行することはできました。」
この原理は、香料を使用するとあまりうまく機能しません。 「それらは小さく、多くの場合帯電していないため、リンクは親水性と疎水性の違いにしか反応できません。テスト中に、ポリピロールは確かに親水性が高まったが、実際には疎水性にはならないことが判明した。 「それは、たんぱく質を切り替えるには十分でしたが、香味料を切り替えるには十分でした。」とデ・ボア氏は言います。「それは少し残念でしたが、それはまた、私たちの材料を選択的に使用できることを意味します。そして、もし別の方法を使用してポリピロールを製造すれば、将来、風味分子を保持および放出するための適切なスイッチを作成できるかもしれません。」
デ・ボア氏はまた、標的分子をより良く、より選択的に結合する方法も研究した。 「ポリピロールの製造中に目的のフレーバー分子を追加し、その後それを除去すると、ポリピロール材料に空洞が作成され、ターゲット分子をより正確に捕捉できるようになります。」その後、彼女がこの穴の開いたポリピロールを使って実験を行ったところ、滑らかな表面を持つポリピロールと比較して、これらの標的分子の多くが実際にくっついていました。混合物に含まれる他の分子は、穴の開いたフレーバー特有のチーズにあまりうまく付着しませんでした。このようにして、複雑な残留流から目的の物質を 1 つだけ捕捉できる可能性があります。」
分子スイッチは、低電圧でも非常に高速に動作します。 1 秒以内に、マテリアルは現在の変化に完全に反応します。 「私たちの測定装置は毎秒変化を記録しますが、その時間内に最大の材料変化はすでに過ぎていました」とデ・ボア氏は言います。標的分子の捕捉と放出も、ほとんどが数秒以内に行われます。これにより、貴重な物質を持続可能かつ選択的かつ迅速に回収できる見通しが得られます。」
