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可编程的2D纳米材料捕获用于生物体的人造光

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Richland,洗涤。,5月27,2021 - 由分层结构化生物体的灵感的纳米材料可用于构建用于消极,光伏和其他应用的人工光收集系统。

由太平洋西北国家实验室(PNNL)和华盛顿州立大学的研究人员创建的,可编程纳米材料由有机和无机成分制成。杂化材料将生物体的结构和功能复杂性与蛋白质的合成分子(拟肽)的可编程性结合在一起。生物体是具有高机械强度的有机无机杂化材料。

研究人员通过在各种拟拟形骨架位置使用多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)纳米蛋白作为侧链合成一系列有机 - 无机杂交拟合。将杂化拟拟拟合用作序列定义的构建块,以组装可编程的2D纳米晶体。研究人员表示,这种混合材料代表了一类新的序列定义的2D纳米晶体。

足碱分子自组装成菱形纳米晶体。看例证由斯蒂芬妮国王,太平洋西北国家实验室提供。
足碱分子自组装成菱形纳米晶体。由斯蒂芬妮国王,太平洋西北国家实验室提供。
在创建POSS-PETPOID NANICRYSTALS之后,研究人员编程了这些材料,以有效地提供人造光收集能力。“我们想看看我们是否可以将杂种纳米晶体编制以收获光能 - 非常像天然植物和光合细菌可以 - 同时实现合成系统中看到的高稳健性和可加工性,”陈春龙陈氏春龙表示。

科学家们编程了纳米晶体以以类似于其在植物颜料中捕获的方式的方式捕获光能。它们添加了可以在纳米晶体内精确控制的位置结合受体分子的特殊供体分子和结构对。供体分子在特定波长处吸收光并将光能转移到受体分子。然后受体分子以不同的波长发射光。该团队表示,该系统展示了96%以上的能量转移效率超过96%,这是一个最有效的水性光收集系统之一,该团队表示。

为了展示系统如何用作活细胞成像的生物相容性探针,研究人员将纳米晶体插入活人细胞并在细胞上闪光。当存在受体分子时,细胞在与它们上闪闪发光的波长不同的波长处发出光。当不存在受体分子时,科学家观察到细胞发出的波长没有变化。虽然研究人员只证明了这种系统用于活细胞成像,但他们认为该2D混合材料的增强的机械性能,稳定性和可编程性可以使其适用于许多应用。

材料科学家春龙陈发现了对自然结构的新材料的启发。由安德烈斯塔尔,太平洋西北地区实验室提供。
材料科学家春龙陈发现了对自然结构的新材料的启发。由安德烈斯塔尔,太平洋西北国家实验室提供。
陈说,虽然这项研究仍处于早期阶段,但具有拟肽2D纳米晶体的独特结构特征和高能量传递具有应用于许多不同系统的可能性,从光伏到光催化,“陈说。他和他的同事将继续探索不同的途径,以适用这种新材料。

该作品还可以为克服创建分层功能有机无机混合材料的挑战来提供基础。本质上,诸如骨骼和齿的分层结构化混合材料通常具有精确的原子布置,其增强它们的强度和韧性。“作为一种材料科学家,自然为我提供了很多灵感,”陈说。“每当我想设计一个分子做一些具体的东西,如充当药物送货车,我几乎总能找到一个自然的例子来模拟我的设计。”

该研究发表在科学推进www.doi.org/10.1126/sciadv.abg1448.)。

photonics.com.
5月2021年
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