Изобретена солнечная батарея, состоящая из одной молекулы

Группа ученых разработала метод измерения фотопотоков одинарной функциональной фотосинтетической белковой системы.

Ученые во главе с Джоакимом Райхартом, Йоханнесом Бартом и Александром Холлейтнером из Мюнхенского технического университета, а также Итаи Кармели из Тель-авивского университета, смогли продемонстрировать, что эта система может быть объединена и выборочно преобразована в архитектуру искусственного фотогальванического устройства, сохранив свои биомолекулярные функциональные свойства.

Белки демонстрируют управляемые светом высокоэффективные одномолекулярные электронные насосы, которые могут действовать как генераторы тока в наномасштабных электрических цепях.

Междисциплинарная группа опубликовала результаты исследования в издании Nature Nanotechnology.

Ученые исследовали центр реакции фотосистемы-I, которая является комплексом белка хлорофилла, расположенным в мембранах хлоропластов цианобактерий. Растения, водоросли и бактерии используют фотосинтез, чтобы солнечную энергию превратить в химическую энергию. Начальные стадии этого процесса — где поглощается свет, и передаются энергия и электроны — происходят при посредничестве фотосинтетических белков, состоящих из комплексов каротиноида и хлорофилла. До сих пор не было достаточно чувствительных методов для измерения фотопотоков, произведенных одинарным белком. Фотосистема-I демонстрирует выдающиеся оптикоэлектронные свойства, обнаруженные лишь в фотосинтетических системах. Дальнейшее наномасштабное измерение делает фотосистему-I многообещающей единицей для применения в молекулярной оптоэлектронике.

Первая задача, которую необходимо решить физикам, заключалась в разработке метода электрического контакта одинарных молекул в сильных оптических полях. Центральный элемент полученного наноустройства — фотосинтетический белок, самособирающийся и ковалентно связанный с золотым электродом за счет групп мутаций цистеина. Фотопоток был измерен посредством позолоченного стеклянного наконечника сканирующего оптического микроскопа. Фотосинтетические белки были оптически взволнованы потоком фотонов, направленным через четырехгранный наконечник, который в то же время производил электрический контакт. С этой технологией физики смогли наблюдать фотопоток, сгенерированный в единицах одинарного белка.

03.10.2012