Как и многие другие исследовательские группы, члены исследовательской группы профессора Такехиса Дэва из Технологического института Нагои в Японии обратились к биологическим фотосинтетическим аппаратам, которые, по мнению проф. Слова Дэвы, как «источник вдохновения и цель для проверки способов повышения эффективности искусственных систем.«В частности, они решили сосредоточиться на пурпурной фотосинтетической бактерии Rhodopseudomonas palustris, которая использует биогибридный светособирающий комплекс ядра с 1 реакционным центром (LH1-RC), чтобы захватывать световую энергию и преобразовывать ее в химическую энергию.
В своих первоначальных исследованиях R. palustris, проф.
Группа Дева быстро отметила, что система LH1-RC имеет определенные ограничения, такие как способность эффективно собирать световую энергию только в относительно узком диапазоне длин волн из-за ее зависимости от (бактерио) хлорофиллов, единственного светособирающего органического пигмента (B875). , названный в честь его максимума поглощения). Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи в сотрудничестве с коллегами из Университета Осаки и Университета Рицумейкан экспериментировали с ковалентным связыванием системы LH1-RC с набором флуорофоров (Alexa647, Alexa680, Alexa750 и ATTO647N). Результаты их экспериментов опубликованы в статье, опубликованной в недавнем выпуске журнала Photochemistry & Photobiology A: Chemistry.
Синтезировав свою модифицированную систему LH1-RC, проф.
Команда Dewa использовала метод, называемый «фемтосекундная нестационарная абсорбционная спектроскопия», чтобы подтвердить наличие сверхбыстрой передачи «энергии возбуждения» от флуорофоров к пигментам бактериохлорофилла А в сборке B875. Они также подтвердили последующее возникновение реакций «разделения заряда», ключевого шага в сборе энергии.
Неудивительно, что скорость передачи энергии возбуждения увеличивалась с увеличением спектрального перекрытия между полосами излучения флуорофоров и полосой поглощения B875. Присоединение внешних светособирающих флуорофоров увеличило максимальный выход фермента по разделению зарядов и активность генерации фототока на электроде в системе искусственного липидного бислоя.
Вводя ковалентно связанные флуорофоры в бактериальный фотосинтетический фермент, проф. Команде Дэвы удалось расширить диапазон длин волн света, собираемых ферментом.
Это важное улучшение, учитывая чрезвычайно низкую плотность энергии солнечного света. «Это открытие может проложить путь к разработке эффективной системы искусственного фотосинтеза для преобразования солнечной энергии», – отмечает профессор. Dewa. «Исследования биогибридов должны дать представление о разработке реализуемых систем преобразования энергии, тем самым дав передовой современной цивилизации практический вариант доступа к неисчерпаемым запасам чистой солнечной энергии», – добавляет он.
Рассматриваемые системы преобразования энергии могут принимать различные формы, включая различные наноматериалы, такие как квантовые точки и наноуглеродные материалы, но объединяющей особенностью будет необходимость в каком-то способе подключения светособирающего устройства широкого спектра к устройству, генерирующему фототок. , а также система биогибридного типа, разработанная проф.
Команда Dewa предлагает реальные средства решения этой проблемы.