Для того, чтобы достичь значительного повышения эффективности энергособирающих систем, которые используются в солнечных элементах, исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) решили использовать генетически измененные вирусы.
По данным исследования, которое опубликовали в журнале Nature Materials, в течение миллиардов лет, процесс фотосинтеза добился почти 100% эффективность в процессе транспортировке энергии солнечного света от рецепторов к центрам реагирования, где она затем может быть использована.
Следует отметить, что явление фотосинтеза, прямо или косвенно, обеспечивает энергией большинство форм жизни на Земле. Эта эффективность достигается также с помощью необычного эффекта квантовой механики, которая называется «квантовая странность».
Новый подход состоит в том, чтобы использовать собирать солнечную энергию не при помощи высокотехнологичных материалов и электроники, а с помощью генетически измененных вирусов, которые создали исследователи из Массачусетского технологического института при сотрудничестве с итальянской энергетической фирмой Eni.
В процессе фотосинтеза, фотон попадает на рецептор под названием хромофора, который затем производит экситон — квантовую частицу энергии. Этот экситон прыгает от одного хромофора к другому до тех пор, пока не доберется до реакционного центра, где полученная энергия используется для строительства молекул, которые поддерживают жизнь организма.
Это эффективное перемещение экситонов имеет одно ключевое требование: хромофоры должны быть расположены только в определенном порядке, с точным количеством пространства между ними. Это называется «квантовый эффект златовласки» или «принцип златовласки».
Для того, чтобы суметь проделать все это в лабораторных условиях, ученые и придумали модифицировать вирус. В течение многих лет команда исследователей пыталась соединить его с несколькими синтетических хромофорами, или, в данном случае, с органическими красителями. Исследователям удалось создать много разновидностей вируса, со слегка различными расстояниями между этими синтетическими хромофорами и выбрать наилучшую модель.