Czy bakterie można by wykorzystywać w ogniwach słonecznych?
Odkrycie nowych właściwości siarkowych bakterii zielonych może okazać się przydatne w opracowywaniu nowej generacji ogniw słonecznych. Chlorosomy, największy i najefektywniejszy zespół antenowy zbierający światło w naturze, mieszczą do ćwierć miliona molekuł chlorofilu w tego rodzaju bakteriach. Międzynarodowy zespół naukowców przekonuje na łamach czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), że strukturę tych molekuł można wykorzystać do opracowania nowych sposobów wytwarzania energii. Chlorosomy są zbudowane z setek tysięcy samołączących się bakteriochlorofili (BChl). Debata na temat budowy chlorosomów toczy się od dziesiątek lat, lecz ich ogromny potencjał, który pozwoliłby dać lepszy wgląd w proces wytwarzania energii, nadal pozostaje tuż poza naszym zasięgiem. Choć mechanizmy kompleksu antenowego zbierającego światło u niektórych organizmów przetwarzających światło słoneczne na energię chemiczną (np. rośliny i glony) zostały dosyć dobrze poznane, zrozumienie chlorosomów okazało się być większym wyzwaniem. Są niejednorodne pod względem składu molekularnego, co uniemożliwia wykorzystanie krystalografii rentgenowskiej do rozwikłania ich zagadki. Co więcej, informacje zebrane za pomocą technik biochemicznych i mikroskopowych przynosiły dotychczas sprzeczne wyniki. "Ponieważ [chlorosomy] tworzą bardzo duże i niejednorodne pod względem budowy organelle, były jedynym fotosyntetycznym kompleksem antenowym, o budowie którego brak było jakichkolwiek szczegółowych informacji" - czytamy w raporcie z badań. "W przyjętym przez nas podejściu, określiliśmy budowę członka należącego do klasy chlorosomu i porównaliśmy ją z typem dzikim (WT), aby dowiedzieć się, w jaki sposób tworzy się biologiczna funkcja zbierania światła w chlorosomie." Naukowcy wykorzystali techniki genetyczne oraz dwie zaawansowane techniki bio-obrazowania: mikroskopię krio-elektronową i NMR (nuklearny rezonans magnetyczny) w stałym stanie skupienia. Odkryli , że chlorosom jest zbudowany z połączonych koncentrycznych nanorurek, które tworzą solidny szkielet dla anten wytwarzających światło. Jak czytamy w artykule: "Skuteczne i ultraszybkie zbieranie światła opiera się na spiralnej ścieżce delokalizacji ekscytonu". Inaczej mówiąc, superszybka migracja energii do białek w błonie komórkowej odbywa się przez spirale utworzone z molekuł chlorofilu, które doprowadzają do konwersji chemicznej. Koordynator badań, profesor Huub de Groot z Uniwersytetu Leiden w Holandii, sugeruje, że nowe odkrycia mogłyby zostać wykorzystane do opracowania podobnych struktur w "sztucznych liściach", tj. ogniwach słonecznych przetwarzających energię słoneczną na paliwa. Co zaś tyczy się urządzeń przetwarzających energię słoneczną, chlorosomy są ciekawym modelem do naśladowania z uwagi na swój prosty skład i zdolność prawidłowego funkcjonowania nawet w warunkach słabego naświetlenia (bakterie zielone żyją w warunkach wyjątkowo niskiego natężenia światła). Jeden z procesów natury, rozpracowany teraz przez naukowców, może otworzyć nowe drogi do prób wykorzystania materiałów nanostrukturalnych w przetwarzaniu energii słonecznej na paliwo.
Kraje
Niderlandy