Нова органічна супрамолекули на основі ДНК вміє збирати світло

Органічні молекули, які захоплюють фотони і перетворять їх в електрику, мають важливі

застосування для виробництва зеленої енергії.Для світлозбиральних комплексів необхідні два напівпровідника, донор електронів і акцептор. Наскільки добре вони працюють, вимірюється їх квантової ефективністю - швидкістю, з якою фотони перетворюються в електронно-діркові пари.

Квантова ефективність вважається нижчеоптимальної, якщо має місце «самогашеніе», коли одна молекула, збуджена входять фотоном, віддає частину своєї енергії ідентичною збудженому молекулі, в результаті чого дві молекули знаходяться в проміжному енергетичному стані, надто низькому для освіти електрона. Але якщо донори і акцептори електронів краще рознесені, самозагасання обмежена, так що квантова ефективність поліпшується.

«ДНК являє собою привабливий каркасдля створення світлозбиральних супрамолекули: її спіральна структура, фіксовані відстані між нуклеотидними підставами і канонічне спаровування підстав точно контролюють положення хромофоров. Тут ми показуємо, що вуглецеві бакібол, пов'язані з модифікованими нуклеозидами, вставленими в спіраль ДНК, значно підвищують квантову ефективність. Ми також показуємо, що тривимірна структура супрамолекули зберігається не тільки в рідкій фазі, а й у твердій фазі, наприклад, в майбутніх органічних сонячних елементах »

доктор Ханс-Ахім Вагенкнехт, професор органічної хімії Технологічного інституту Карлсруе (KIT).

Як каркас вчені використовувалиодноцепочечную ДНК, дезоксіаденозіновие (А) і тимінових (Т) ланцюга довжиною 20 нуклеотидів. Ця довжина була обрана тому, що теорія припускає, що більш короткі олігонуклеотиди ДНК не будуть збиратися впорядковано, а довші - нерозчинні у воді. Хромофори представляли собою флуоресцентні молекули пірену з фіолетовою флуоресценцією і молекули нільського червоного з червоною флуоресценцією, кожна з яких нековалентно пов'язана з одним синтетичним урацил-дезоксірібозним нуклеозидом. Кожен нуклеозид був спарений по підставі з каркасом ДНК, але порядок Піренеї і червоних нільських квітів був залишений на волю випадку під час самозборки.

Що стосується акцепторів електронів, вченіпротестували дві форми бакіболи, також званих фулеренами, які, як відомо, мають чудову здатність до гасіння (прийому електронів). Кожен бакіболи представляв собою порожнистий куля, що складається з взаємозв'язаних кілець з п'яти або шести атомів вуглецю, в цілому 60 атомів вуглецю на молекулу. Перша протестована форма бакіболи неспецифически зв'язується з ДНК за допомогою електростатичних зарядів. Друга форма - раніше не тестували в якості акцептора електронів - була ковалентно пов'язана через малоновий ефір з двома фланкуючими нуклеозидами U-дезоксирибози, що дозволило спарити її по підставі з нуклеотидів A на ДНК.

Дослідники експериментально підтвердили, щотривимірна структура супрамолекули на основі ДНК зберігається у твердій фазі: це найважливіша вимога для додатків в сонячних елементах. З цією метою вони протестували супрамолекули з будь-якою формою букіболов в якості активного шару мініатюрного сонячного елемента. Конструкції показали відмінне поділ зарядів - освіту позитивної дірки і негативного заряду електрона в хромофорі і їх прийняття сусідніми бакіболи - з будь-якою формою бакіболи, але особливо для другої форми.

Автори пояснюють це більш специфічнимзв'язуванням за допомогою канонічного спарювання підстав з каркасом ДНК другий формою, що повинно призводити до меншого відстані між бакіболи і хромофором. Це означає, що друга форма найкраще підходить для використання в сонячних елементах.

Вчені не очікують, що скоро у всіх будутьсонячні елементи з ДНК на даху. Але цікава хіральність ДНК: сонячні елементи на цій основі можуть сприймати світло з круговою поляризацією в спеціалізованих додатках.

Читати також:

Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?

Вчені виявили межа швидкості в квантовому світі.

Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять.