科学家通过添加荧光团来改善光合作用酶
鉴于化石燃料储备的有限性以及依靠化石燃料对环境造成的破坏性影响，发展清洁能源是现代工业文明面临的最紧迫的挑战之一。太阳能是一种有吸引力的清洁能源选择，但是太阳能技术的大规模实施将取决于将光能转换为化学能的有效方法的发展。
与许多其他研究小组一样，名古屋工业大学Takehisa Dewa教授的研究小组的成员已经转向了生物光合作用装置，用Dewa教授的话说，它们既是“灵感的源泉，也是检验光合作用方式的目标”。提高人工系统的效率。” 具体来说，他们选择专注于紫色光合细菌Rhodopseudomonas palustris，该细菌利用生物杂交光捕获1-反应中心核心复合物(LH1-RC)捕获光能并将其转化为化学能。
在对palustris的初步研究中，Dewa教授的小组很快注意到LH1-RC系统具有某些局限性，例如由于依赖于(细菌)叶绿素，因此只能在相对较窄的波段内有效地收集光能。 ，一个单一的集光有机颜料组件(B875，以最大吸收率命名)。为了克服这一局限性，研究人员与大阪大学和立命馆大学的合作者合作，共同尝试将LH1-RC系统与一组荧光团(Alexa647，Alexa680，Alexa750和ATTO647N)共价连接。他们的实验结果发表在最近一期的《光化学与光生物学杂志：化学》上发表的一篇论文中。
德瓦教授的团队合成了改良的LH1-RC系统后，使用一种称为“飞秒瞬态吸收光谱法”的方法来确认B875组件中存在从荧光团到细菌叶绿素a色素的超快“激发能”转移。他们还确认了随后发生的“电荷分离”反应，这是能量收集的关键步骤。毫不奇怪，随着荧光团的发射谱带和B875的吸收谱带之间光谱重叠的增加，激发能的传输速率也随之增加。附加外部集光荧光团可提高酶在人工脂质双层系统内电极上的最大电荷分离率和光电流产生活性。
通过将共价连接的荧光团引入细菌的光合酶中，Dewa教授的团队成功地拓宽了可收获光波长的酶谱带。考虑到太阳光的能量密度极低，这是一项重要的改进。Dewa教授指出：“这一发现可能为开发用于太阳能转换的高效人造光合作用系统铺平道路。” 他补充说：“对生物混合动力的研究应为可实施的能量转换系统的发展提供见识，从而为先进的现代文明提供获取取之不尽用之不竭的清洁太阳能的实用选择。”
所讨论的能量转换系统可以采用多种形式，包括各种纳米材料，例如量子点和纳米碳材料，但是统一的特点是需要某种方式将广谱光采集设备用于光电流产生设备，由Dewa教授的团队开发的生物杂交类型系统提供了解决这一需求的可行方法。
标签： 添加荧光团