Τα οργανικά μόρια που συλλαμβάνουν φωτόνια και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια έχουν σημαντικά
Η κβαντική απόδοση θεωρείται χαμηλότερηβέλτιστη εάν πραγματοποιηθεί αυτοσβέσιμο, όταν ένα μόριο, διεγερμένο από ένα εισερχόμενο φωτόνιο, παραδώσει μέρος της ενέργειάς του σε ένα πανομοιότυπο μη διεγερμένο μόριο, με αποτέλεσμα τα δύο μόρια να βρίσκονται σε μια ενδιάμεση ενεργειακή κατάσταση, πολύ χαμηλή για το σχηματισμό ενός ηλεκτρονίου. Αλλά εάν οι δωρητές και οι δέκτες ηλεκτρονίων διαχωρίζονται καλύτερα, η αυτο-απόσβεση είναι περιορισμένη, επομένως η κβαντική απόδοση βελτιώνεται.
«Το DNA αντιπροσωπεύει μια ελκυστικήικρίωμα για τη δημιουργία υπερμορίων συγκομιδής φωτός: η ελικοειδής δομή του, οι σταθερές αποστάσεις μεταξύ των βάσεων νουκλεοτιδίων και το κανονικό ζεύγος βάσεων ελέγχουν με ακρίβεια τη θέση των χρωμοφόρων. Εδώ δείχνουμε ότι τα buckyballs άνθρακα που συνδέονται με τροποποιημένους νουκλεοσίτες που έχουν εισαχθεί σε μια έλικα DNA βελτιώνουν σημαντικά την κβαντική απόδοση. Δείχνουμε επίσης ότι η τρισδιάστατη δομή του υπερμορίου διατηρείται όχι μόνο στην υγρή φάση, αλλά και στη στερεά φάση, για παράδειγμα, σε μελλοντικά οργανικά ηλιακά κύτταρα».
Δρ Hans-Achim Wagenknecht, Καθηγητής Οργανικής Χημείας στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καρλσρούης (KIT).
Ως πλαίσιο, οι επιστήμονες χρησιμοποίησανμονόκλωνο DNA, δεοξυαδενοσίνη (Α) και θυμίνη (Τ) αλυσίδες μήκους 20 νουκλεοτιδίων. Αυτό το μήκος επιλέχθηκε επειδή η θεωρία προτείνει ότι τα κοντύτερα ολιγονουκλεοτίδια DNA δεν θα συγκεντρωθούν με κανονικό τρόπο και τα μεγαλύτερα είναι αδιάλυτα στο νερό. Τα χρωμοφόρα ήταν φθορίζοντα μόρια πυρενίου με ιώδες φθορισμό και κόκκινα του Νείλου με κόκκινο φθορισμό, καθένα από τα οποία είναι μη ομοιοπολικά συνδεδεμένο με ένα συνθετικό νουκλεοζίτη ουρακίλης-δεοξυριβόζης. Κάθε νουκλεοζίτης συνδυάστηκε με βάση με ραχοκοκαλιά DNA, αλλά η τάξη του πυρένιου και του κόκκινου του Νείλου αφέθηκε στην τύχη κατά τη διάρκεια της αυτοσυναρμολόγησης.
Όσο για τους δέκτες ηλεκτρονίων, επιστήμονεςδοκίμασε δύο μορφές μπάλες, που ονομάζονται επίσης φουλερένια, τα οποία είναι γνωστό ότι έχουν εξαιρετικές ιδιότητες σβέσης (λήψης ηλεκτρονίων). Κάθε buckyball ήταν μια κοίλη μπάλα κατασκευασμένη από αλληλένδετους δακτυλίους πέντε ή έξι ατόμων άνθρακα, για συνολικά 60 άτομα άνθρακα ανά μόριο. Η πρώτη μορφή buckyball που δοκιμάστηκε συνδέεται μη ειδικά με το DNA μέσω ηλεκτροστατικών φορτίων. Η δεύτερη μορφή - που δεν είχε δοκιμαστεί προηγουμένως ως δέκτης ηλεκτρονίων - συνδέθηκε ομοιοπολικά μέσω μηλονικού αιθέρα με δύο πλευρικά νουκλεοζίδια U -δεοξυριβόζης, τα οποία του επέτρεψαν να ζευγαρώσει βάσεις με το νουκλεοτίδιο Α στο DNA.
Οι ερευνητές το έχουν επιβεβαιώσει πειραματικάΗ τρισδιάστατη δομή ενός υπερμορίου που βασίζεται σε DNA διατηρείται στη στερεά φάση: αυτή είναι μια κρίσιμη απαίτηση για εφαρμογές ηλιακών κυττάρων. Για το σκοπό αυτό, δοκίμασαν υπερμόρια με οποιοδήποτε σχήμα buckyballs ως το ενεργό στρώμα ενός μικροσκοπικού ηλιακού κυττάρου. Τα σχέδια έδειξαν εξαιρετικό διαχωρισμό φορτίου - τον σχηματισμό μιας θετικής οπής και ενός αρνητικού φορτίου ηλεκτρονίων στο χρωμοφόρο και την αποδοχή τους από γειτονικά buckyballs - με οποιοδήποτε σχήμα buckyball, αλλά ειδικά για το δεύτερο σχήμα.
Οι συγγραφείς το εξηγούν με πιο συγκεκριμένο τρόποσυνδέεται μέσω κανονικής ζεύξης με τη ραχοκοκαλιά του DNA στη δεύτερη μορφή, η οποία θα οδηγήσει σε μικρότερη απόσταση μεταξύ του αγκυροβόλου και του χρωμοφόρου. Αυτό σημαίνει ότι η δεύτερη μορφή είναι η πλέον κατάλληλη για χρήση σε ηλιακά κύτταρα.
Οι επιστήμονες δεν περιμένουν από όλουςηλιακά κύτταρα με DNA στην οροφή. Αλλά η χειρομορφία του DNA είναι ενδιαφέρουσα: τα ηλιακά κύτταρα σε αυτή τη βάση μπορούν να αντιληφθούν το φως με κυκλική πόλωση σε εξειδικευμένες εφαρμογές.
Διαβάστε επίσης:
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν τη θεωρία του Hawking. Πού οδηγεί;
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν το όριο ταχύτητας στον κβαντικό κόσμο.
Άμβλωση και επιστήμη: τι θα συμβεί στα παιδιά που θα γεννήσουν.