Генную инженерию возможно использовать для создания солнечных батарей нового типа

11:48 16.10.2015 317
Генную инженерию возможно использовать для создания солнечных батарей нового типа

Природе потребовались миллиарды лет, чтобы усовершенствовать фотосинтез, который прямо или косвенно поддерживает практически всё живое на Земле. Этот процесс достиг почти 100% эффективности в транспортировке энергии солнечного света от рецепторов к реакционным центрам, где используется энергия квантов света. При этом значения КПД существенно превышают соответствующие показатели у самых лучших солнечных батарей на сегодняшний день.  

Одним из способов достижения такой эффективности является использование растениями одного из эффектов квантовой физики – квантовой суперпозиции. Если использовать нестрогое определение, то благодаря этому эффекту частица может существовать в более чем одном состоянии. Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) воспользовались квантовой суперпозицией для создания самой эффективной светособирающей системы на текущий момент.

Причём исследователи разработали новый подход в солнечной энергетике без использования высокотехнологичных материалов или микрочипов. К удивлению многих, были использованы   генетически модифицированные вирусы, бактериофаги (в природе эти вирусы избирательно поражают бактериальные клетки).

Это достижение, соединившее квантовую физику и генетическую инженерию, было опубликовано на это неделе в научном журнале Nature. Ведущими авторами исследования являются Анжела Белчер, специалист MIT по генной инженерии вирусов, и Сет Ллойд, специалист в области кванотовой физики, также из MIT. Помимо них в исследовании приняли участие четырнадцать научных сотрудников из США и Италии.

Ллойд, профессор инженерной механики, объясняет, что в процессе фотосинтеза фотон попадает на рецептор, называемый хромофором, который в свою очередь производит экситон – квантовую квазичастицу, представляющую собой электронное возбуждение.  Экситон начинает перемещаться от одного хромофора к другому, пока не достигнет реакционного центра, где энергия будет использоваться для построения молекул, поддерживающих жизнь.

Однако траектория перемещения экситона случайна и неэффективна, если он не будет использовать квантовые эффекты, которые позволят ей выбирать лучший путь из нескольких возможных. В таком случае экситон будет вести себя как волна, а не как частица.

Однако эффективное движение экситонов требует одного ключевого условия: хромофоры должны быть расположены в соответствии с необходимым расстоянием для скачка.  Это требование объясняется «квантовым эффектом Златовласки».

Вот здесь и пригодились бактериофаги. Белчер смогла разработать методику создания синтетических хроматофоров и добилась возможности создания нескольких разновидностей бактериофагов с разными расстояниями между хроматофорами. Дальше оставалось только выбрать самую эффективную разновидность.

В конце концов, учёным удалось  увеличить скорость передвижения экситонов более чем вдвое, что значительно улучшило эффективность процесса.

Профессор химии и химической биологии в Гарварде Алан Аспуру-Гузик высоко оценил значимость проделанной работы. Он отметил, что доступ к контролируемым экситонным системам является целью многих исследователей, а группе исследователей из  MIT удалось создать устройство с улучшенным контролем скорости экситонного потока.

Источник материала: http://phys.org/news/2015-10-newly-mobile-eye-test-device-prescription.html

Комментарии для сайта Cackle
Отправить сообщение об ошибке?
Ваш браузер останется на этой же странице
Спасибо!