受生物启示科学家发明了一种可以捕捉光能的新型材料

据外媒报导，受大天然的启示，美国太平洋西北国家实验室（PNNL）的研讨人员与华盛顿州立大学的合作者一同，发明了一种能够捕捉光能的新型资料。这种资料供给了一种高效的人工光搜集体系，在光伏和生物成像方面具有潜在的使用。

这项研讨为战胜创立分层功用性有机-无机混合资料所触及的困难应战供给了根底。天然界供给了分层结构混合资料的比方，如骨骼和牙齿。这些资料一般展现了准确的原子摆放，使它们能够完成许多特别的功用，如添加强度和耐性。

PNNL资料科学家，本研讨的通讯作者陈春龙和他的合作者发明了一种新资料，反映了天然混合资料的结构和功用的复杂性。这种资料结合了相似蛋白质的组成分子的可编程性和根据硅酸盐的纳米团块的复杂性，发明了一类新的高度巩固的纳米晶体。然后他们对这种二维混合资料进行编程，发明出一个高效的人工光搜集体系。

“太阳是咱们最重要的动力，”陈春龙说。“咱们想看看咱们是否能对咱们的混合纳米晶体进行编程，以收成光能--就像天然植物和光合菌相同--一起完成组成体系中所看到的高鲁棒性和可操作性。”这项研讨的结果于5月14日宣布在《科学发展》上。

大愿望，小晶体

虽然这些类型的分层结构资料反常难以发明，但陈春龙地点的多学科科学家团队结合他们的专业知识，组成了一种能够构成这种摆放的序列界说的分子。研讨人员发明了一个改动的相似于蛋白质的结构，称为peptoid，并将一个准确的根据硅酸盐的笼状结构（简写为POSS）连接到它的一端。然后他们发现，在恰当的条件下，他们能够诱导这些分子自我组装成二维纳米片的完美形状的晶体。这发明了另一层相似于细胞膜的复杂性，相似于在天然分层结构中看到的，一起保留了单个分子的高稳定性和增强的机械功用。

陈春龙表明：“作为一名资料科学家，大天然为我供给了很多的创意。每逢我想规划一个分子来做一些特定的工作，比方作为一个药物运送东西，我简直总是能找到一个天然的比方来模仿我的规划。”

规划生物启示资料

一旦该团队成功创立了这些POSS-eptoid纳米晶体，并证明了其共同的特性，包括高可编程性，他们就开端使用这些特性。他们对资料进行编程，使其在特定的方位和分子间的间隔上包括特别的功用团。因为这些纳米晶体结合了POSS的强度和稳定性以及Peptoid构件的可变性，编程的或许性是无量的。

科学家们再次从大天然中寻觅创意，发明了一个能够以植物中发现的色素的方法捕捉光能的体系。他们添加了一对特别的“供体”分子和笼状结构，能够在纳米晶体内的准确方位结合一个 "受体 "分子。供体分子吸收特定波长的光，并将光能搬运到受体分子上。然后受体分子宣布不同波长的光。这个新创立的体系显现了超越96%的能量搬运功率，使其成为迄今为止陈述的最有用的水性光搜集体系之一。

展现POSS-peptoids在光搜集方面的用处

为了展现该体系的用处，研讨人员随后将纳米晶体刺进活的人类细胞中，作为活细胞成像的生物兼容探针。当某种色彩的光照在细胞上，而且接受体分子存在时，细胞会宣布不同色彩的光。当受体分子不存在时，就调查不到色彩的改变。虽然到目前为止，该团队只证明了这一体系对活体细胞成像的有用性，但这种二维混合资料的增强特性和高度可编程性使他们信任这是许多使用中的一个。

陈春龙表明：“虽然这项研讨仍处于前期阶段，但POSS-eptoid二维纳米晶体的共同结构特征和高能量搬运有或许被使用于许多不同的体系，从光伏到光催化。他和他的搭档将持续探究这种新混合资料的使用处径。”