Нейтронный анализ раскрывает секреты бактерий для солнечной энергетики

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США использовали малоугловое нейтронное рассеяние (SANS) для анализа структуры хлоросом у зелёных фотосинтезирующих бактерий.

Ключевые выводы:

• Хлоросомы — одни из самых эффективных в природе антенных комплексов для сбора солнечного света, работающих даже в условиях низкой освещённости и экстремальных сред.
• Анализ на инструменте Bio-SANS в реакторе HFIR показал, что структура хлоросом остаётся практически неизменной в широком диапазоне температурных и ионных условий. Это свидетельствует об их высокой стабильности.
• Такая стабильность критически важна для потенциального применения в биогибридных устройствах, например, в солнечных элементах.

Значение для технологий:

Размер, форма и организация светособирающих комплексов, таких как хлоросомы, являются ключевыми факторами для переноса электронов к полупроводниковым электродам в солнечных устройствах. Понимание принципов их работы в природе может помочь учёным воспроизвести эту эффективность для создания устойчивых биогибридных или биоинспирированных солнечных элементов.

Методология:

Малоугловое нейтронное рассеяние позволило чётко наблюдать сложные биологические системы на наноуровне, не повреждая образцы. Нейтроны обеспечивают высокий контраст между хлоросомой и дейтерированным буфером, давая «чёткое чёрно-белое изображение» структуры.

Как отметил соавтор работы Волкер Урбан (ORNL), удивительная эффективность хлоросом, способных захватывать свет на большой площади и без потерь передавать его в реакционный центр, до конца не изучена. Исследователи стремятся выявить общие принципы эффективного захвата, накопления и транспорта света, которые уже решены в природе.