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科學家發明人造光合作用系統 能夠自我修復

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科學家發明人造光合作用系統 能夠自我修復



  研究人員正在利用碳納米管和DNA開發一種新型太陽能電池,它能像植物體內天然的光合作用系統那樣自我修復,從而延長使用壽命並降低成本。

  普渡大學機械工程系助理教授崔宗鉉(音)說:「我們利用光學納米材料製造了人造光合作用系統,它能利用太陽能,將之轉化為電能。」

  崔說,該設計利用了被稱為「單壁碳納米管」的不同尋常的電子學特性,把它們用作「光能電池中的分子電線」。

  他說:「我認為我們的研究方法有望產業化,不過目前我們仍然處在基礎研究階段。」

  光電化學電池能把太陽光轉化為電能,並利用電解液來傳輸電子,形成電流。這些電池含有被稱為「載色體」的可吸收光的染料,這些類似葉綠素的分子在接觸光線之後會降解。

  崔說:「這種降解正是傳統光電化學電池的關鍵問題。」

  新技術模擬大自然的方式克服了這一問題:不斷用新染料取代遭光子破壞的染料。崔說:「這種自我再生在植物中每時每刻都在進行。」

  根據這一新理念,有可能製造出新型的光電化學電池,只要不斷補充新的載色體,它就能無限期地開足馬力工作。

  在電池中,碳納米管充當了固定D N A片斷的平台。在重組後擁有特定核苷酸序列的DNA能夠識別並依附在載色體上。崔說:「DN A能識別染料分子,隨後整個系統自動自我組裝。」

  當需要替換載色體時,可以通過化學過程或補充新的具有不同核苷酸序列的DNA片斷,去除已損壞的染料分子。隨後便可添加新的載色體。這項模擬自然界自我修復機制的技術有兩個關鍵點:分子識別以及熱力學亞穩性,亦即系統不斷被分解和重新組裝的能力。





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