شارك
الرئيسية
2 دقيقة
في 8 أكتوبر/تشرين الأول، منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2025 لكل من العلماء سوسومو كيتاغاوا وريتشارد روبسون والأردني عمر ياغي، وذلك عن أبحاثهم التي أسهمت في تطوير نوع جديد من البنية الجزيئية، يسمى الأطر المعدنية العضوية ("Metal-organic frameworks "MOFs).
أردني وعالمان آخران يحصدون جائزة نوبل للكيمياء 2025
في عام 1989، اختبر الكيميائي الأسترالي من جامعة ملبورن، ريتشارد روبسون، استخدام الخصائص الجوهرية للذرات بطريقة مختلفة عن الطرق التقليدية، فقد مزج أيونات النحاس موجبة الشحنة مع جزيء ذي أربع أذرع؛ كان لهذا الجزيء مجموعة كيميائية تنجذب إلى أيونات النحاس في نهاية كل ذراع. عند دمجها، ارتبطت لتشكل بلورة واسعة ومنظمة جيداً. بدت أشبه بقطعة ألماس مليئة بتجاويف لا حصر لها، وأدرك حينها أهمية هذه البنى الجزيئية، لكنها لم تكن بنى مستقرة، وتتفكك بسهولة.
اقرأ أيضاً: التنبؤ ببنية البروتينات وتصميمها ينالان نوبل في الكيمياء 2024
بعد بضعة أعوام، وبالتحديد بين عامي 1992 و2003، قدم سوسومو كيتاغاوا من جامعة كايوتو وعمر ياغي من جامعة كاليفورنيا بيركلي أساساً متيناً لهذه الطريقة في البناء؛ وحقق كل منهما على حدة سلسلة من الاكتشافات الثورية. فقد أظهر سوسومو كيتاغاوا أن الغازات يمكن أن تتدفق داخل البنى الجزيئية وخارجها، وتوقع أن الأطر المعدنية العضوية (MOF) يمكن أن تكون مرنة.
أما عمر ياغي، فقد عمل على إنشاء إطار معدني مستقر للغاية وأظهر إمكانية تعديله باستخدام التصميم الرشيد، ما يمنحه خصائص جديدة ومرغوبة، وبالتالي استخدامه للعديد من الأغراض. يذكر أن عمر ياغي حاز جائزة نوابغ العرب لعام 2024 عن فئة العلوم الطبيعية، بالإضافة إلى العديد من الجوائز الأخرى.
الإنجاز العلمي في تطوير الأطر المعدنية العضوية
الأطر المعدنية العضوية (MOFs) هي مواد بلورية مسامية، تشبه الإسفنج، تتشكل من أيونات معدنية وجزيئات عضوية، تتكرر لتشكل شبكات ثلاثية الأبعاد لها مسام نانوية ومساحات سطحية داخلية واسعة. تشكل الأيونات عقداً أو مراكز معدنية، وروابط عضوية هي جزيئات عضوية صلبة ومستقرة، عادة ما تكون أحماضاً، تعمل على أنها أذرع لربط المراكز المعدنية ببعضها.
تكون العقد والروابط شبكات ضخمة ومنتظمة، تشبه المكعبات أو الأشكال الهندسية المعقدة، وداخلها مساحات فارغة أو مسام نانوية، لها حجم وشكل محددين. هذه المسامات دقيقة وقابلة للتخصيص. مع تغيير نوع المعدن ونوع الرابط العضوي يصبح بالإمكان إنشاء عدد لا حصر له من التراكيب المختلفة، ما يسمح بضبط حجم المسام وشكلها وخصائصها الكيميائية لتناسب تطبيقاً معيناً.
اقرأ أيضاً: جائزة نوبل في الطب لعام 2025 تمنح لـ 3 علماء لأبحاثهم حول التحكم في المناعة الذاتية
التطبيقات العملية للأطر المعدنية العضوية
يستفاد من الأطر المعدنية العضوية في العديد من التطبيقات شديدة الأهمية بسبب تمتعها بخصائصها الفريدة مثل المسامية العالية والمساحة السطحية الهائلة والقدرة على ضبط حجم المسام وشكلها. من أهم هذه التطبيقات:
- تخزين الغازات وفصلها: تخزن الأطر العضوية المعدنية غازات مثل الهيدروجين والميثان، إذ تعمل عمل إسفنجة جزيئية، تحتجز كميات كبيرة من الغازات الخفيفة تحت ضغط منخفض أو متوسط. تكمن أهمية هذا التطبيق في تطوير وقود الهيدروجين النظيف للسيارات أو لتخزين غاز الميثان الطبيعي بكفاءة وأمان أعلى مقارنة بأسطوانات الغاز التقليدية العالية الضغط. كما يمكنها فصل الغازات عبر السماح بمرور نوع من الجزيئات الغازية الصغيرة ومنع نوع آخر له جزيئات أكبر حجماً.
- تنشيط التفاعلات الكيميائية: تثبت جسيمات تنشيط التفاعلات الكيميائية داخل مسام الأطر العضوية المعدنية، ما يزيد مساحة سطح التفاعل، ويعزز كفاءة التفاعل وسرعته.
- توصيل الأدوية: يمكن تحميل مسام الأطر العضوية المعدنية بكميات كبيرة من الأدوية، خاصة الأدوية المضادة للسرطان أو المضادات الحيوية. تسهم هذه الطريقة بتوصيل الدواء إلى الهدف المحدد قبل أن يتحلل، بالإضافة إلى إطلاق الدواء ببطء لضمان فعالية مستمرة وتقليل الآثار الجانبية.
- المستشعرات عالية الحساسية: يمكن تطوير أطر عضوية معدنية تتمتع بخصائص محددة تسمح لها بالفلورة أو التوصيل الكهربائي عند امتصاص جزيئات مستهدفة بتراكيز ضئيلة جداً، مثل الملوثات البيئية أو الغازات السامة.
- تنقية المياه: تستخدم الأطر العضوية المعدنية في إزالة الملوثات العضوية والصبغات الصناعية والمعادن الثقيلة من المياه الملوثة بفعالية.