俄羅斯國立核能研究大學(xué)莫斯科物理工程學(xué)院的科研人員以量子點和光敏蛋白組成的混合材料為基礎(chǔ)，研發(fā)出一種新型太陽能電池。有關(guān)專家指出，這種電池在轉(zhuǎn)化太陽能和光學(xué)信息處理方面具有極大潛力。相關(guān)研究發(fā)表在《光敏傳感器和生物電子學(xué)》雜志上。

單細(xì)胞生物的蛋白能夠把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能（類似植物的葉綠素），這一切是通過細(xì)胞膜的正電荷傳遞發(fā)生的。單細(xì)胞與葉綠素的重大區(qū)別在于離開氧氣存活的能力，單細(xì)胞生物能生活在類似死海深處、極富侵蝕性的環(huán)境中。從進(jìn)化的角度來說，它們的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和光學(xué)穩(wěn)定性高。在此情況下，單細(xì)胞生物的蛋白可在億萬分之一秒內(nèi)多次改變顏色，因此是制造全息處理器的極有前景的材料。

研究人員將單細(xì)胞蛋白與半導(dǎo)體納米粒子（量子點）結(jié)合起來，大大改善了這些性能。維克托·克里文科夫介紹說：“我們制造了高效運(yùn)行的光敏晶格，它在光子能非常低的光的影響下產(chǎn)生電流。在普通條件下，這種光敏晶格不工作，因為光敏分子只在非常狹窄的能量范圍內(nèi)吸收光。而量子點只在非常寬廣的范圍內(nèi)才能這么做，甚至可以把兩個低能光子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高能光子，就像把它們合并在一起一樣。”

有關(guān)專家指出，上述研究顯示了在生物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制造高效光敏元件的潛力。它們不僅能應(yīng)用在太陽能轉(zhuǎn)化中，也可用在光學(xué)信息處理中。

什么是光敏蛋白？

許多生物借助光敏蛋白來接收太陽的能量以維持自身的存活。有些使用葉綠素在光合作用中將光能存儲到化學(xué)鍵中，而其他的則使用視紫紅質(zhì)，這種蛋白與一種被稱為視黃醛的維生素A結(jié)合，可以捕獲光線。視紫紅質(zhì)最著名的應(yīng)用是，嵌入在我們眼睛的視桿細(xì)胞中，使我們能夠在黑暗中視物。但另一種形式的視紫紅質(zhì)可以幫助小生物(如藻類和細(xì)菌)吸收光線，從而產(chǎn)生化學(xué)能。

一組科學(xué)家在加利利海底部首次發(fā)現(xiàn)了新型的光合蛋白質(zhì)。研究人員從以色列加利利海采集微生物的DNA樣本，正是為了尋找第二類視紫紅質(zhì)。

他們回到實驗室并對DNA進(jìn)行篩選，以尋找編碼光反應(yīng)蛋白的基因。當(dāng)他們將視黃醛添加到DNA宿主的大腸桿菌中時，它變成了紫色——這表明可能存在視紫紅質(zhì)。

研究人員上個月在Nature雜志上宣布說，當(dāng)他們對DNA進(jìn)行后續(xù)測試時，他們發(fā)現(xiàn)了一種全新的食光蛋白，一種新型視紫紅質(zhì)，被命名為太陽視紫紅質(zhì)(heliorhodopsin)。

科學(xué)家們對太陽視紫紅質(zhì)的工作原理尚不十分了解。為它編碼的DNA結(jié)構(gòu)類似于為產(chǎn)生化學(xué)能的視紫紅質(zhì)編碼的DNA。

但由于完成其光轉(zhuǎn)換周期需要很長時間，研究人員懷疑——與我們眼中的視紫紅質(zhì)相似——它是一種光敏蛋白。

目前，他們能夠確定的是：新的蛋白質(zhì)似乎無處不在，在細(xì)菌，藻類，古細(xì)菌，甚至地球上的土壤和主要水域內(nèi)的病毒中都能找到。新的蛋白質(zhì)家族甚至還出現(xiàn)在那些已知并不感光的細(xì)菌和微生物中。

光敏蛋白有非常廣闊的應(yīng)用，從數(shù)據(jù)存儲到光遺傳學(xué)；后者使科學(xué)家能夠用光來操縱經(jīng)過基因工程處理過的神經(jīng)細(xì)胞。但首先要做的，他們必須解答感光蛋白質(zhì)基本作用原理的問題。