MIT研发可进行光合作用的结构,可用于玻璃和纺织品

11月13日,MIT生物工程学院的副教授Mark Bathe带领团队研发出了一种可像植物一样进行光合作用的结构,未来可应用于窗户的玻璃和纺织物。相关研究发表在《自然资源》杂志上。

据悉,这项实验的灵感来源于植物的叶绿体。我们在初中生物学见到过无数次这个词,它能够捕捉光子并将其转化成激子,然后将激子传递给蛋白质和色素复合物,最终被植物用来合成糖分子。

MIT研发可进行光合作用的结构,可用于玻璃和纺织品

对于这整个捕捉太阳能的过程,我们已经开发出了能够捕捉和传输光子的材料例如半导体、光纤,但是却拿激子无可奈何,这是一种携带能量的粒子。植物叶绿体则是通过错综复杂的结构和色素分子簇,来传输激子,这种结构在我们目前的实践中非常难实现。

也就是说,我们要构造类似于叶绿体的材料,需要攻克两大难关,一是结构问题,二是色素簇。不过幸好,早在1977年,植物学家Boulais就发现了一种特定的DNA结构,和叶绿体中的传输激子的结构非常类似。而且他还发现了一种叫做假异氰酸的合成色素,不仅可以和叶绿素媲美,还可以附着到DNA结构上。

但是,由于当时的科技无法精确控制DNA序列,进而无法精确控制染料簇的位置、密度,最终还是不能像叶绿体一样运输和收集激子。

MIT研发可进行光合作用的结构,可用于玻璃和纺织品

时至今日,我们已经能够对DNA进行编辑,这项研究也重新回到舞台。Mark Bathe副教授于2013年开始进行相关的研究,他们首先研究出染料簇的距离、密度、数量是如何影响电路效率,然后通过编写特定的DNA序列来控制染料簇的精确位置和密度。最终,这些经过精致计算的结构在实验中成功吸收光能,并沿着特定路线运输。

目前这项研究已经得到了美国国防部、美国能源部、海军研究办公室的资助。研究人员下一步的计划是尝试更高效率的染料簇,让这种结构捕光效果更好。未来,这种结构可应用于玻璃、纺织物等各种材料。但这种纳米级的制造工艺一定造价不菲,要实现量产恐怕还有很长一段路。

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