水有助于组装能够捕捉阳光的生物纤维

出版时间:2016年9月13日星期二-19:02在里面物理和化学

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阿贡国家实验室的一项新研究表明,水可以起到一种以前未被发现的作用,帮助胶束结合,自发形成长纤维。这项研究有助于科学家了解在胶束纤维组装时,如何将捕光分子结合到胶束纤维中,这将是理解某些形式的人工光合作用的关键一步。徳赢手机版
罗伯特·霍恩/阿贡国家实验室

说到水,一些材料有着分裂的个性——其中一些材料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体有疏水性或怕水性的部分,而其他部分则是亲水性或喜水性的。由于胶束的分裂性,胶束将自己组织成球形,使其亲水部分变成球形,而疏水部分则被屏蔽在球形内部。

美国能源部阿贡国家实验室(DOE)的一项新研究表明,当这些胶束聚在一起自发形成长纤维时,水可以起到另一个先前未发现的作用。

在一项由阿贡的纳米科学家萨勃拉曼尼亚·桑卡拉那拉亚南和化学家徳赢手机版克里斯托弗·弗莱领导的研究中,他们都是阿贡的同事纳米材料中心超级计算机模拟和基于实验室的实验表明,水是胶束纤维生长的隐形笼。

这项研究有助于科学家了解在胶束纤维组装时,徳赢手机版如何将捕光分子结合到胶束纤维中,这将是理解某些形式的人工光合作用的关键一步。

桑卡拉纳拉亚南说:“到目前为止,试图了解光收集分子结合的位置,就像试图看到方形的木栓如何能装进圆孔一样。”通过观察胶束纤维自组装的方式,我们可以更好地了解这些类型的集光系统是如何形成的。”

虽然胶束可以由几种不同类型的有机分子组成,但阿贡的研究特别关注由氨基酸链组成的胶束。当胶束形成时,胶束附近的水变得“强烈有序”,这意味着水分子的取向都是相同的。这种强烈的有序性导致β片的形成,β片是胶束纤维生长的平面蛋白质区。

在这项研究的实验部分,阿贡的化学家克里斯托弗·弗莱利用Sankaranarayanan的计算结果,研究了一种叫做锌卟啉的吸收光的分子是如何可能融入到纤维中的。

弗莱说:“模拟得出的结果告诉了我在实验室关注的领域。”我能够探测到水对整个自组装过程的一些影响,而这是我们以前在实验室没有关注的。”

Sankaranarayanan补充道:“胶束周围的水稳定了结构,使β片能够为生长提供平台。”水越有序,纤维就越稳定。”

为了有效地模拟胶束和胶束纤维的生长,Sankaranarayanan和他在麻省理工学院的同事们阿贡领先计算设施(ALCF)使用了两种方法在Argonne的10petaflop超级计算机Mira上建模。他们运行了两个粗粒度的模拟,在相对较长的时间内显示出更普遍的动力学,以及原子模拟,显示了单个水分子在非常短暂的拉伸中的运动。

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

Fry说,研究的下一步将包括使用一个模板来同时组装纤维和光收集分子,使它们自然地嵌入到纤维基质中。如果成功的话,这一进步可能会成为改进某些太阳能电池有机成分的基础。弗莱说:“我们能否制造出一种材料,使其成为更高效太阳能电池的一部分,这是个问题。”“这一切都是为了能够vwin徳赢app下载利用一种小肽来调整效率。”

CNM和ALCF都是DOE的科学用户设施办公室。

一篇基于这项研究的论文,发表在8月24日出版的《多肽两亲分子自组装过程中胶束纤维形成的动态平衡控制》自然传播学.

来源:能源部/阿贡国家实验室

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