Календарь новостей

« Апрель 2024 »
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
1	2	3	4	5	6	7
8	9	10	11	12	13	14
15	16	17	18	19	20	21
22	23	24	25	26	27	28
29	30

Солнечные «губки»

Источник: phys.org

Команда ученых США и Великобритании представила платформу для быстрого создания прототипов светособирающих антенных структур, обнаруженных в растениях и фотосинтезирующих бактериях. Антенны отвечают за первый шаг в процессе преобразования солнечного света в полезную энергию. Они состоят из белковых «лесов», на которых закреплены молекулы пигментов. Пигменты находятся в идеальных позициях для захвата и передачи энергии солнца. Количество и разнообразие молекул пигмента определяет, сколько энергии антенны могут поглотить и передать в энергетическую ловушку. Проект был организован Научно-исследовательским центром фотосинтетических антенн (PARC) Вашингтонского университета (Сент-Луис, США), его представляли ученые Дьюи Холтен и Кристин Кирмайер. Также в работе приняли участие Пол Лоуч и Памела Паркс-Лоуч (Северо-Западный Университет), Джонотан Линдсей (Университет Северной Каролины), Дэвид Боциан (Университет Риверсайд) и Нил Хантер (Университет Шеффилда, Великобритания).

Ученые представили два действующих прототипа, построенных на их платформе. В одном объединены синтетические красители «Орегон зеленый» и «Родамин красный», а в другом «Орегон зеленый» комбинируется с синтетическим вариантом бактериального пигмента бактериохлорофилла (поглощает свет в ближней инфракрасной области спектра). Обе конструкции впитывают большую часть солнечного спектра, чем натуральные антенны в пурпурных бактериях, которые обеспечивали идею создания и некоторые компоненты для тестового стенда. При этом опытные образцы было намного легче собирать, чем синтетические антенны, созданные полностью «с нуля». То есть в них сочетается синтетическая изобретательность мира людей и надежное химическое «оборудование», отобранное природой в процессе эволюции. Однажды двухкомпонентные системы, состоящие из антенны и реакционного центра, могут стать «розеткой» для подключения различных фотохимических модулей.

Природа развила много различных систем для сбора солнечной энергии, но все они опираются на пигменты — молекулы, селективно поглощающие свет с определенными длинами волн (цвета спектра). Наиболее известен хлорофилл, поглощающий фиолетовую и красную часть спектра, и отражающий свет зеленого цвета. Растения отвергают не только среднюю часть видимого спектра, но и свет, невидимый человеческим глазом — к примеру, ближний инфракрасный свет (зато его поглощают фотосинтетические бактерии). Дополнительные пигменты, такие, как каратиноиды с их великолепными «осенними» цветами помогают заполнить некоторые пробелы, но большие участки спектра остаются неиспользованными. Участник команды Джонатан Линдсей отвечал за проектирование и синтез пигментов, способных латать эти «дыры».

Как отмечает г-н Линдсей, к белковым «лесам» можно прикрепить несколько синтетических и натуральных пигментов. В представленных конструкциях используется по два пигмента, но в будущем ученые планируют прикреплять по три — четыре пигмента, или даже больше. Эффективность системы зависит не только от числа и разнообразия молекул пигментов, но и от их способности работать вместе, чтобы энергия, попадающая на любой из них, могла передаваться на следующий и далее (каскадный принцип). Широкий спектральный охват был лишь одной из задач проекта. Другая задача — разработка дизайна светособирающих антенн, ее выполнением занимались Пол Лоуч и Памела Паркс-Лоуч. Их исследование светособирающих антенн пурпурных бактерий позволило отказаться от долгого и сложного синтеза.

Антенны бактерий являются модульными устройствами, которые самостоятельно собираются в определенных условиях. Базовый модуль включает пару пептидов, которые дают пристанище двум молекулам бактериохлорофилла, поглощающим свет и удерживающим собранную энергию. Ученые немного изменили аминокислотную последовательность пептидов, чтобы прикрепить к ним дополнительные натуральные и синтетические пигменты. Базовые модули могут сами собираться в диады, а диады — в кольцевые структуры. После сборки антенны направлялись в лабораторию Дьюи Холтена и Кристин Кирмайер, где при помощи различных спектроскопических методов изучалось поглощение энергии пигментами и ее передача от одного пигмента к другому. Образцы также направлялись в лабораторию Дэвид Боциан для изучения структурной целостности систем. В лаборатории Нила Хантера были получены изображения кольцевых комплексов (размер структур составлял от 11 до 16 нм).

Подготовлено по материалам (источник): phys.org
Дата: 22 августа 2013
Другие новости, которые читают вместе с этой: Искусственные молекулярные «антенны» для бактериального фотосинтеза Новый способ сконцентрировать тепло солнца Метаматериал для эффективного поглощения широкого спектра излучений Предложен вариант улучшения WiFi-связи Ученые из Калифорнии почти удвоили эффективность своих солнечных элементов «Солнечный пар» позволяет кипятить ледяную воду