Ученые путем генных модификаций заставили вирусы передавать энергию - «Наука и технологии»

Растения поглощают солнечный свет и преобразовывают его энергию практически с идеальной эффективностью, приближающейся к 100 процентам. Инженеры, разрабатывающие солнечные батареи, также стремятся к увеличению эффективности преобразования энергии света в электрическую энергию, но пока им и близко не удается подобраться к показателям, демонстрируемым живой природой. Самые лучшие образцы гибридных солнечных батарей имеют эффективность на уровне 44 процентов и это является одной из причин, по которой на долю солнечной энергетики приходится лишь небольшая доля от общего количества вырабатываемой энергии.

Как же растениям удается добиться столь высокой эффективности? Оказывается, что в листьях растений происходят процессы, использующие в своих целях некоторые из причуд квантовой механики. Когда фотон света поражает поверхность молекулы вещества-хроматофора возникает квантовая квазичастица, состоящая наполовину из материи и наполовину из энергии, называемая экситоном. Затем эти экситоны перемещаются к той части клетки растения, в которой происходит поглощение и переработка ее энергии. И, благодаря использованию явлений квантовой физики при таком процессе переноса не теряется ни крохи транспортируемой энергии.

Изменяя ДНК некоторых типов вируса, исследователи из Массачусетского технологического института, заставили работать квантовые процессы переноса энергии, подобно тому, как это происходит в листьях растений. И в результате этих исследований могут быть разработаны новые технологии производства солнечных батарей и других фотоэлектрических приборов, которые поглощают и передают энергию с беспрецедентной эффективностью.

Изменения ДНК вирусов были произведены для того, чтобы они связались с группами синтетических хромофоров. Освещая генно-модифицированные вирусы светом и используя метод лазерной спектроскопии, исследователи изучили все тонкости происходящих там процессов переноса энергии. Во время исследований ученые использовали вирусы нескольких различных типов, молекулы различных веществ-хромофоров, смешиваемых в растворах с определенными концентрациями. В результате им удалось добиться некоторых успехов в создании "экситонной" передачи энергии, хотя найденные ими решения еще нельзя назвать идеальным вариантом. Тем не менее, перенос энергии при помощи экситонов по вирусным цепочкам осуществляется со скоростью, в два раза превышающей скорость передачи энергии в существующих солнечных батареях, и происходит это на расстояниях, намного более длинных, чем расстояния, на которые передается энергия в клетках живых растений.

В настоящее время генные модификации не позволяют вирусам вырабатывать электричество, они лишь могут передавать энергию поглощенных фотонов света. Но и процесс такой высокоэффективной передачи энергии также имеет большую ценность, его можно использовать во множестве областей. Это может послужить основой для эффективных катализаторов некоторых химических реакций, которые происходят лишь в присутствии света, для создания эффективной электроники и новых типов фотогальванических устройств, солнечных батарей.