破解藍(lán)綠藻光合作用之謎，用以提升太陽(yáng)能電池效率

時(shí)間:2018-05-27 17:43來(lái)源:科技新報(bào) 作者:綜合報(bào)道
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　　與植物光合作用效率相比，人造太陽(yáng)能設(shè)備僅能轉(zhuǎn)換少少的太陽(yáng)光，且轉(zhuǎn)換效率慢、機(jī)器又笨重，因此科學(xué)家想要找出植物光合作用高效之謎，或許可進(jìn)一步提升太陽(yáng)能電池性能。
 
　　葉綠素等色素（pigments）是植物光合作用效率高的功臣，當(dāng)光照射到葉綠體時(shí)，其中電子會(huì)被一系列色素單向傳遞與激發(fā)，最后將二氧化碳、水或是硫化氫轉(zhuǎn)化成碳水化合物。而有別于植物的單向路徑，人工太陽(yáng)能電池由于很容易將電子反彈，進(jìn)而失去能量并降低效率。
 
　　該研究 2017 年發(fā)布于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）》，認(rèn)為色素的單向路徑是植物光合作用高效祕(mì)方。雖然類似研究已在 1992 年提出，但在此之前都沒(méi)有被證實(shí)。
 
　　為了更了解光合作用過(guò)程與其復(fù)雜反應(yīng)，美國(guó)喬治亞州立大學(xué)物理與天文系生質(zhì)學(xué)家 Gary Hastings 團(tuán)隊(duì)利用紅外光譜分析紅外光與物質(zhì)如何相互作用，并獲得美國(guó)能源局基礎(chǔ)能源部門(mén) 40 萬(wàn)美元資助，希望可以提升人工太陽(yáng)能電池效率與打造更簡(jiǎn)單的太陽(yáng)光捕獲系統(tǒng)。
 
　　團(tuán)隊(duì)研究對(duì)象并非一般綠葉植物，而是藍(lán)綠藻的分支集胞藻（Synechocystis），研究發(fā)現(xiàn)只要將集胞藻中的葉綠醌色素嵌入蛋白質(zhì)中，其相互作用便會(huì)產(chǎn)生特殊性質(zhì)，而研究希望能用其他色素代替葉綠醌，借由不同結(jié)構(gòu)色素改變光合作用系統(tǒng)。
 
　　團(tuán)隊(duì)透過(guò)激光讓集胞藻行光合作用，并用紅外光追蹤電子轉(zhuǎn)移引起的色素分子鍵和周圍蛋白質(zhì)變化，這些資料讓團(tuán)隊(duì)得以改良色素─蛋白質(zhì)系統(tǒng)，并控制電子的移動(dòng)速度。Hastings 表示，純化植物材料過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，比起植物細(xì)胞，對(duì)藍(lán)綠藻進(jìn)行基因修飾（genetically engineer）更為簡(jiǎn)單。
 
　　Hastings 指出，團(tuán)隊(duì)的研究可指引太陽(yáng)能電池新方向，像是全新的太陽(yáng)能制氫方式；且電子轉(zhuǎn)移、色素和蛋白質(zhì)關(guān)系等知識(shí)也可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域，因?yàn)檫@些都是生物化學(xué)的核心。
 
　　而除了用于提升太陽(yáng)能設(shè)備效率，團(tuán)隊(duì)也致力于研究如何將該藻類用于其他用途，例如制成生物燃料，藻類細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生脂類（lipids），可從細(xì)胞中萃取脂類并轉(zhuǎn)化為柴油燃料。
 
　　Hastings 表示，未來(lái)該研究也或許能用于檢測(cè)藻華，避免越來(lái)越多水池優(yōu)養(yǎng)化與污染。藻類大量堆積可能會(huì)導(dǎo)致飲用水污染、藻類毒素透過(guò)食物鏈影響人體健康，而團(tuán)隊(duì)目標(biāo)是使用光譜檢測(cè)藻華并預(yù)測(cè)其是否會(huì)再次大量生長(zhǎng)。
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