Искусственные наноструктуры собирают свет подобно клеткам растений

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,

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