水有助于生物纤维的组装,从而可以捕捉阳光

发布时间:2016年9月13日星期二19:02物理与化学

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来自阿贡国家实验室的一项新研究表明,水可以发挥以前未发现的作用,帮助胶束结合自发形成长纤维。这项研究可以帮助科学家了解在胶束纤维组装过徳赢手机版程中,光能分子是如何被整合到胶束纤维中的,这将是理解某些人工光合作用形式的关键一步。
罗伯特·霍恩/阿贡国家实验室

当涉及到水的时候,一些材料具有分裂的特性——这些材料中的一些可能是利用太阳能的新方法的关键。这些有机分子的小组合部分是疏水的,而其他部分是亲水的,或亲水的。由于它们的分裂性,胶束组织成球状,它们的亲水部分被挤出来,而疏水部分被屏蔽在里面。

美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一项新研究表明,当这些胶束自发结合形成长纤维时,水还可以发挥另一种以前未发现的作用。

在由Argonne Nanocientist Subrama徳赢手机版nian SankaraAnanan和化学家克里斯托弗·弗莱的一项研究中,都是Argonne的纳米材料中心在美国,超级计算机模拟和实验室实验都表明,水是胶束纤维生长的无形笼子。

这项研究可以帮助科学家了解在胶束纤维组装过徳赢手机版程中,光能分子是如何被整合到胶束纤维中的,这将是理解某些人工光合作用形式的关键一步。

Sankaranarayanan说:“到目前为止,试图了解收集光线的分子在哪里结合就像试图看到一个方形的钉子如何适合一个圆形的孔。”“通过观察胶束纤维自我组装的方式,我们可以更好地了解这些类型的光收集系统是如何形成的。”

虽然胶束可以由几种不同类型的有机分子组成,但Argonne的研究特别关注了那些由氨基酸链组成的胶束。当胶束形成时,胶束附近的水变得“强有序”,这意味着水分子的方向都是相同的。这种强排序导致了β片的形成,β片是一种平面蛋白质区域,胶束纤维沿着这个区域生长。

在研究的实验部分,氩气化学家克里斯托弗·弗莱使用SankAranarayanan的计算发现,以检查如何掺入锌卟啉的某种阶级的光收集分子。

弗里说:“仿真出来的结果通知了我专注于实验室的地区。”“我能够探讨水对整个自组装过程的一些影响,这是我们之前没有专注于实验室的东西。”

Sankaranarayanan补充说:“胶束周围的水稳定了结构,这使得beta板能够提供生长平台。”“水变得越有序,纤维变得越稳定。”

有效地模拟胶束和胶束纤维的生长,SankAranayanan和他的同事阿尔贡领导计算设施(ALCF)在Argonne的10千万亿次超级计算机Mira上使用了两种方法进行建模。他们进行了两种粗粒度模拟,一种显示了相对较长时间内更普遍的动态,另一种是原子模拟,显示了单个水分子在非常短的时间内的运动。

Sankaranarayanan说:“为了真正了解胶束纤维是如何形成的,你需要这两种观点,并且能够在它们之间快速切换。”

根据FRY,研究的下一步将涉及使用模板同时组装纤维和光收集分子,使它们自然地嵌入纤维基质中。如果成功,则该进步可以提高一些太阳能电池的有机成分的改进。“我们可以制作一种能够形成一部分更高效的太阳能电池的材料,这是一个问题,”Fry说。“全部是关于能够使用vwin徳赢app下载小肽来调整效率。”

CNM和ALCF都是美国能源部科学用户设施办公室。

基于这项研究的一篇论文,“水的有序控制在多肽两亲体自组装过程中胶束-纤维形成的动态平衡”,发表在8月24日的《科学》杂志上自然通讯

资源:美国能源部阿贡国家实验室

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