科学家发现DNA分子可构造太阳能天线

人工光合作用是现今能源研究领域的新兴课题,地球每隔一小时需要接收足够的太阳能来满足我们一年的能源需求。如果能够利用绿色植物将太阳能转化成燃料的机理,重新构建人工光合系统捕获光能,世界性能源紧缺问题将迎刃而解。

科学家发现DNA分子可构造太阳能天线 的图片 热戴网

 

查尔姆斯理工大学研究小组在研究人工光合作用所需的第一步上取得了重大的突破。该研究小组称,方法是利用自组装DNA分子作为支架建立人工捕光系统,以收集光线。该研究结果已发表在美国化学学会杂志上。

绿色植物和藻类能吸收并利用光能,通过光合作用生长繁殖,而捕光正是光合作用中最初始的过程。深海中的藻类可利用自身被称为聚光色素复合体的杆状结构来捕光,色素复合体中含有数千个聚光色素分子,可帮助海藻吸收极微弱的阳光。这些能吸收聚集光能的色素也被称为天线色素。然而这种自然光合作用系统极其复杂,人为制造非常困难。

合成紫质卟啉,是一种色素分子。可吸收较大范围光谱的光。将100多个这种分子“搭建”在类似聚光色素复合体结构的支架上,就形成了“捕光天线”。但要一点一点排列这些色素分子则是一个耗时耗力的过程。

研究人员发现,在能源植物的光合系统中如果任意一个聚光分子被打破,一秒钟后马上会有另外一个聚光分子代替。从这层意义上来讲,这种自然的光合系统是一个动态的自我修复系统,而不是人为的将化学合成的有机分子机械的组合到一起。

“如果一个化学键断裂,这一切的问题将不再是难题。”物理化学博士 Jonas Hannestad说。DNA分子可用来代替植物支架组织镶嵌聚光分子,从而建立一个动态的自我构建系统。

植物和藻类吸收光能后将其运送到自身的反应中心,来制造糖类和其他能源分子。“我们可以将能量转移至反应中心,但是我们仍未能解决光合反应本身是如何发生的这一难题,这也是人工光合系统最关键、最难攻克的一部分。但是通过制造DNA太阳能天线,我们已经创造出了一部分奇迹。”研究小组的带头人Bo Albinsson教授说。

查尔姆斯理工大学的研究人员将DNA纳米技术和人工光合系统结合起来。当我们所构建的纳米对象的数量级达到十亿分之一时,DNA分子仍可作为一种良好的构建材料来使用,这源于DNA链彼此之间可以紧密的连接在一起。只要起始时给出正确的汇编指令,试管中的DNA链便可绕过彼此形成任意结构。因此我们可以利用DNA分子这些复杂的结构特征代替植物的聚光色素复合体来控制光能的收集。

研究人员将聚光分子镶嵌在DNA分子支架中,该DNA支架通过导线与卟啉分子绑定在一起,经测试表明其有效吸光系数比直接激发卟啉分子大12倍。

未来,人工光合作用制造能源将不再是人类的梦想。

原文链接:http://www.biodiscover.com/news/research/104773.html

留下评论

Physical Address

304 North Cardinal St.
Dorchester Center, MA 02124