俄罗斯科学家以量子点和光敏蛋白为材料造出新型太阳能电池

俄罗斯国立核能研究大学莫斯科物理工程学院的科研人员以量子点和光敏蛋白组成的混合材料为基础，研发出一种新型太阳能电池。有关专家指出，这种电池在转化太阳能和光学信息处理方面具有极大潜力。相关研究发表在《光敏传感器和生物电子学》杂志上。

单细胞生物的蛋白能够把光能转化成化学能（类似植物的叶绿素），这一切是通过细胞膜的正电荷传递发生的。单细胞与叶绿素的重大区别在于离开氧气存活的能力，单细胞生物能生活在类似死海深处、极富侵蚀性的环境中。从进化的角度来说，它们的化学稳定性、热稳定性和光学稳定性高。在此情况下，单细胞生物的蛋白可在亿万分之一秒内多次改变颜色，因此是制造全息处理器的极有前景的材料。

研究人员将单细胞蛋白与半导体纳米粒子（量子点）结合起来，大大改善了这些性能。维克托·克里文科夫介绍说：“我们制造了高效运行的光敏晶格，它在光子能非常低的光的影响下产生电流。在普通条件下，这种光敏晶格不工作，因为光敏分子只在非常狭窄的能量范围内吸收光。而量子点只在非常宽广的范围内才能这么做，甚至可以把两个低能光子转变为一个高能光子，就像把它们合并在一起一样。”

有关专家指出，上述研究显示了在生物结构的基础上制造高效光敏元件的潜力。它们不仅能应用在太阳能转化中，也可用在光学信息处理中。

什么是光敏蛋白？

许多生物借助光敏蛋白来接收太阳的能量以维持自身的存活。有些使用叶绿素在光合作用中将光能存储到化学键中，而其他的则使用视紫红质，这种蛋白与一种被称为视黄醛的维生素A结合，可以捕获光线。视紫红质最著名的应用是，嵌入在我们眼睛的视杆细胞中，使我们能够在黑暗中视物。但另一种形式的视紫红质可以帮助小生物(如藻类和细菌)吸收光线，从而产生化学能。

一组科学家在加利利海底部首次发现了新型的光合蛋白质。研究人员从以色列加利利海采集微生物的DNA样本，正是为了寻找第二类视紫红质。

他们回到实验室并对DNA进行筛选，以寻找编码光反应蛋白的基因。当他们将视黄醛添加到DNA宿主的大肠杆菌中时，它变成了紫色——这表明可能存在视紫红质。

研究人员上个月在Nature杂志上宣布说，当他们对DNA进行后续测试时，他们发现了一种全新的食光蛋白，一种新型视紫红质，被命名为太阳视紫红质(heliorhodopsin)。

科学家们对太阳视紫红质的工作原理尚不十分了解。为它编码的DNA结构类似于为产生化学能的视紫红质编码的DNA。

但由于完成其光转换周期需要很长时间，研究人员怀疑——与我们眼中的视紫红质相似——它是一种光敏蛋白。

目前，他们能够确定的是：新的蛋白质似乎无处不在，在细菌，藻类，古细菌，甚至地球上的土壤和主要水域内的病毒中都能找到。新的蛋白质家族甚至还出现在那些已知并不感光的细菌和微生物中。

光敏蛋白有非常广阔的应用，从数据存储到光遗传学；后者使科学家能够用光来操纵经过基因工程处理过的神经细胞。但首先要做的，他们必须解答感光蛋白质基本作用原理的问题。