Искусственные наноструктуры собирают свет подобно клеткам растений - «Технологии»
Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в сотрудничестве с коллегами из Университета штата Вашингтон создали материал, способный работать как высокоэффективная система сбора видимого света.
Синтезированный исследователями высокопрочный нанокристалл имеет гибридный состав, то есть включает и органические, и неорганические соединения. Он объединяет в себе структурную и функциональную сложность, характерную для природных образований, с высокими надежностью и технологичностью, присущими искусственным системам.
В основе нового материала лежит модифицированная белковоподобная молекула — пептоид, соединенная с высокоточной клеткообразной структурой на основе кремния — POSS. Ученые обнаружили, что при особых условиях это вещество образует состоящие их двумерных нанолистов кристаллы идеальной формы, напоминающие клеточную мембрану.
Благодаря сочетанию прочности и стабильности POSS с видоизменяемостью пептоида, полученные наноструктуры дают возможность в широких пределах задавать их свойства в процессе синтеза. Воспользовавшись этим, ученые сделали материал, способный нести на себе функциональные группы, упорядоченно расположенные на определенном расстоянии друг от друга.
Такую POSS-пептоидную заготовку исследователи дополнили парами специальных «донорных» молекул и каркасными структурами, предназначенными для связывания «акцепторных» молекул, находящихся вне нанокристалла. В результате получилась собирающая солнечную энергию система, работающая по принципу, наблюдаемому в клетках живых растений.
Молекулы-доноры поглощают свет определенного спектра и передают полученную энергию молекулам-акцепторам. Последние при этом начинают излучать световые волны другой длины. Эффективность передачи энергии достигает 96%, что является рекордом для светособирающих систем такого типа.
Для демонстрации возможностей применения разработки, ученые встроили ее в человеческие клетки. Это позволило использовать POSS-пептоидный нанокристалл в качестве биосовместимого зонда, предназначенного для наблюдения за живыми системами. Помеченные таким образом клетки легко отличать от остальных, так как при попадании на них света с известной длиной волны они изменяют свой цвет за счет флуоресценции акцепторных молекул.
Исследователи считают, что уникальные свойства нового материала сделают его полезным во многих сферах, в том числе в области фотокатализа и солнечной энергетики.
Источник: pnnl.gov
И будьте в курсе первыми!
