Белок медуз осветил будущее солнечной энергетики
Фотогальванические элементы на кремнии процветают и модифицируются, но на смену им уже идёт органика, недорогая и экологичная. Как раз малопривлекательная зелёная слизь из живых клеток несложных организмов – от водорослей до медуз – обещает нешуточные возможности.
Это взялись доказать сходу две команды исследователей из Великобритании и Швеции.
Первое открытие совершили шведские учёные из технологического университета Чалмерса (Chalmers). Они изготовили прототип солнечной ячейки, в конструкцию которой введён необыкновенный элемент – зелёный флуоресцентный протеин хрустальной медузы.
Традиционно зелёный флуоресцентный белок (GFP) употребляется как светящаяся метка в клеточной и молекулярной биологии при изучении экспрессии генов (для чего кроме того создана особая видеосистема).
GFP как маркер был нужен и в генной инженерии – он разрешает различать гибридные клетки при их селекции. Как раз «светящемуся» белку мы обязаны множеством существующих трансгенных видов живых организмов.
За применение и открытие этого неоценимого инструмента учёные, выделившие GFP, были отмечены Нобелевской премией по химии 2008 года.
«Подсвеченные» посредством GFP живые ткани открыли в своё время учёным возможность следить за недоступными ранее процессами – ростом нервных раковых опухолей и клеток либо, как на данной картине, за развитием мышиного эмбриона (иллюстрация Southwestern University).
Практически полвека учёные пользовались GFP, достаточно слабо себе воображая, какова подлинная функция белка в природе – она была раскрыта лишь в 2009 году. Тогда совершившие прорыв русские исследователи узнали, что GFP важен за процесс, походящий на фотосинтез, и, быть может, оказывает помощь организмам ощущать свет.
В таком ключе прекрасный белок изучили шведские эксперты под управлением Закари Чирагванди (Zackary Chiragwandi), каковые собрали фотогальваническую ячейку из двух алюминиевых электродов с подложкой из диоксида кремния.
Собственную разработку Чирагванди и сотрудники ведут достаточно давно – прототип нынешнего устройства был обрисован в статье 2008 года, размещённой в Journal of Physical Chemistry C (иллюстрация Chiragwandi et al.).
Электроды разделяет маленькое расстояние, где и находится упомянутый белок. При облучении ультрафиолетом он поглощает фотоны и создаёт электроны, делая функции красителя в ячейках Гретцеля.
Белок медузы был выбран исследователями по обстоятельству собственной дешевизны (для «хороших» же ячеек Гретцеля требуется смешанный с красителем диоксид титана). А ещё белок не требуется дополнительно обрабатывать перед опытом.
Кроме этого учёные интегрировали этот протеин в биологический топливный элемент, не требующий внешнего источника света. Фотоны в таком устройстве создаются смесью веществ, таких как ферменты и магний люциферазы, замечаемые в организмах светлячков (Lampyridae) и морских анютиных глазок (Renilla reniformis).
Учёные, статья которых пока не размещена в рецензируемом издании, предполагают – подобный источник питания понадобится для медицинских диагностических наноустройств будущего.
Хрустальные медузы, но, не монопольные материала для органических солнечных ячеек. Вторая несколько учёных из лаборатории CREST при Кембридже создала похожий на детище шведов прибор, в состав которого входят водоросли.
Плёнку из фотосинтезирующих клеток учёные разместили поверх прозрачного проводника. Последний обращён к покрытому платиновыми наночастицами катоду из углерода.
Клетки водорослей в таком приборе начинают под действием солнца расщеплять воду и выделять кислород, протоны и электроны.
Перед тем как электроны отправятся на преобразование диоксида углерода в органические соединения, устройство как будто бы вытягивает их из клеток – во внешней цепи идёт ток.
В прошедшем сезоне команда учёных из Кембриджа открыла изюминке клеточного строения, благодаря которым колония водорослей «танцует» (на снимке), закручиваясь около собственной оси (о чём биологи написали статью в Physical Review Letters).
Тему энергетического применения водорослей исследует особый университетский комитет Algal Bioenergy Consortium (иллюстрация Drescher et al.).
направляться подчернуть, что КПД данного устройства до тех пор пока не радует – всего лишь 0,1%. Однако кембриджские учёные полны энтузиазма.
«У водорослей имеется большой потенциал в качестве источника биоэнергии. Изучая базы их метаболизма и молекулярной биологии, и умело применяя фантастические естественные вариации разных видов этих растений, мы сможем применять данный потенциал для массового производства энергии», – утверждает в пресс-релизе Кембриджа Дэвид Болкомб (David Baulcombe), глава кафедры ботаники.
Не обращая внимания на достаточно скромные удачи в работе, английские эксперты до таковой степени уверены в перспективности применения водорослей в энергетике, что прошедшим летом организовали тематическую выставку «Познакомьтесь с водорослями» (Meet the Algae). Она прошла в рамках ежегодной научной выставки Королевского общества – Summer Science Exhibition 2010.
