光合細菌分子自組裝捕光天線相干激子態(tài)傳能機制研究獲進展

左圖為綠硫光合細菌的構(gòu)造及綠小體結(jié)構(gòu)示意圖,分子結(jié)構(gòu)為細菌葉綠素c;右圖為人工模擬分子自組裝有機納米晶體。

顧城給世人留下了著名詩句“黑夜給了我黑色的眼睛,我卻用它來尋找光明”。把這句話用在古老的光合細菌綠硫菌身上也十分妥帖。人眼對可見光的響應(yīng)達到單光子量級,而依靠光合作用為生的綠硫菌其生存環(huán)境比我們所經(jīng)歷過的任何黑夜還要暗淡。可以想象它們的捕光天線系統(tǒng)也應(yīng)該十分發(fā)達,傳能機制也會更為奇特。綠硫菌捕光天線可高達100%的傳能效率也足以證實人們的這種猜測,然而其傳能機制還一直處于深入研究當中。

2016年2月,北京師范大學楊清正課題組,中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室(籌)翁羽翔研究組和中國科學院理化技術(shù)研究所吳驪珠、佟振合研究組合作,在Angew. Chem. Int.上發(fā)表了題為Light-Harvesting Systems Based on Organic Nanocrystals To Mimic Chlorosomes 的研究論文,在色素分子自組裝三維納米晶體中證實了離域激子態(tài)遷移的傳能機制。

左圖為綠硫光合細菌的構(gòu)造及綠小體結(jié)構(gòu)示意圖,分子結(jié)構(gòu)為細菌葉綠素c;右圖為人工模擬分子自組裝有機納米晶體。
左圖為綠硫光合細菌的構(gòu)造及綠小體結(jié)構(gòu)示意圖,分子結(jié)構(gòu)為細菌葉綠素c;右圖為人工模擬分子自組裝有機納米晶體。
給受體有機納米共晶中能量傳遞的相干激子態(tài)遷移機制及兩種不同受體分子對給體熒光的濃度淬滅關(guān)系
給受體有機納米共晶中能量傳遞的相干激子態(tài)遷移機制及兩種不同受體分子對給體熒光的濃度淬滅關(guān)系。

結(jié)果表明,在給受體組裝成的納米共晶中,能量傳遞過程符合激子遷移機制;受體臨界濃度對應(yīng)的兩個受體分子間的平均距離代表相干激子態(tài)的離域尺度。若以圓表示相干激子態(tài)的離域單元,該離域區(qū)域的半徑為6.1 nm,相應(yīng)的給受體分子的比例為1000:1。另外該人工模擬系統(tǒng)同樣具有很高的傳能效率:當給體受體的比例高達1000:1時,能量傳遞效率仍可達95%。論文(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 275-2763)被選VIP文章。

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