Važne su organske molekule koje hvataju fotone i pretvaraju ih u električnu energiju
Kvantna učinkovitost smatra se nižomoptimalno ako se dogodi „samogasivanje“, kada jedna molekula, pobuđena dolaznim fotonom, preda dio svoje energije identičnoj neuzbuđenoj molekuli, uslijed čega su dvije molekule u međuenergetskom stanju, preniskom za stvaranje elektrona. Ali ako su davatelji i akceptori elektrona bolje odvojeni, samo-prigušivanje je ograničeno, pa se poboljšava kvantna učinkovitost.
"DNK predstavlja privlačnostskela za stvaranje supramolekula koje sakupljaju svjetlost: njena spiralna struktura, fiksne udaljenosti između nukleotidnih baza i kanonsko uparivanje baza precizno kontroliraju položaj kromofora. Ovdje pokazujemo da ugljične kuglice povezane s modificiranim nukleozidima umetnutima u spiralu DNK značajno poboljšavaju kvantnu učinkovitost. Također pokazujemo da je trodimenzionalna struktura supramolekule očuvana ne samo u tekućoj fazi, već iu čvrstoj fazi, na primjer u budućim organskim solarnim ćelijama."
dr. Hans-Achim Wagenknecht, profesor organske kemije na Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
Kao okvir koristili su znanstvenicijednolančani DNA, lanci deoksiadenozin (A) i timin (T) dugi 20 nukleotida. Ova je duljina odabrana jer teorija sugerira da se kraći DNA oligonukleotidi neće uredno okupljati, a dulji su netopivi u vodi. Kromofori su bile fluorescentne molekule pirena s ljubičastom fluorescencijom i molekule Nila crvene s crvenom fluorescencijom, od kojih je svaka nekovalentno vezana za jedan sintetički nukleozid deoksiriboze uracil. Svaki nukleozid bio je uparen u osnovi s DNK skelom, ali redoslijed crvenih pirena i Nila prepušten je slučaju tijekom samoskupljanja.
Što se tiče akceptora elektrona, znanstvenicitestirao dva oblika buckyballs, također nazvanih fulereni, za koje se zna da imaju izvrsna svojstva gašenja (prijema elektrona). Svaka je lopta bila šuplja lopta načinjena od međusobno povezanih prstenova od pet ili šest atoma ugljika, što ukupno čini 60 atoma ugljika po molekuli. Prvi oblik testiranog buckyball-a nespecifično se veže za DNA elektrostatičkim nabojima. Drugi oblik - koji prethodno nije bio ispitan kao akceptor elektrona - bio je kovalentno povezan malonskim eterom s dva bočna nukleozida U-deoksiriboze, što mu je omogućilo da se upari s nukleotidom A na DNA.
Istraživači su to eksperimentalno potvrdiliTrodimenzionalna struktura supramolekule koja se temelji na DNK održava se u čvrstoj fazi: to je ključni zahtjev za primjenu solarnih ćelija. U tu su svrhu testirali supramolekule bilo kojeg oblika buckyballa kao aktivni sloj minijaturne solarne ćelije. Dizajni su pokazali izvrsno razdvajanje naboja - stvaranje pozitivne rupe i negativnog elektrona naboja u kromoforu i njihovo prihvaćanje od strane susjednih kuglica - s bilo kojim oblikom lopte, ali posebno za drugi oblik.
Autori to objašnjavaju konkretnijimvezanje putem kanonskog uparivanja baze s DNK okosnicom u drugom obliku, što bi trebalo rezultirati manjom udaljenost između plave lopte i kromofora. To znači da je drugi oblik najprikladniji za upotrebu u solarnim ćelijama.
Znanstvenici ne očekuju da svi imajusolarne ćelije s DNK na krovu. Ali hiralnost DNK je zanimljiva: solarne stanice na toj osnovi mogu percipirati svjetlost kružnom polarizacijom u specijaliziranim aplikacijama.
Pročitajte i:
Fizičari su stvorili analog crne rupe i potvrdili Hawkingovu teoriju. Kamo vodi?
Znanstvenici su otkrili ograničenje brzine u kvantnom svijetu.
Pobačaj i znanost: što će se dogoditi s djecom koja će roditi.