นาโนคลัสเตอร์สีทองเปลี่ยนแบคทีเรียให้กลายเป็นเครื่องสังเคราะห์แสง

นักวิจัยได้ค้นพบวิธีที่จะวางกลุ่มนาโนทองคำที่ดูดซับแสงไว้ในแบคทีเรียที่ไม่ไวต่อแสงเพื่อผลิตไบโอไฮบริดที่สังเคราะห์ด้วยแสงแบบเร่งปฏิกิริยาซึ่งสามารถผลิตเชื้อเพลิงจากแสงแดดได้ ระบบใหม่นี้สร้างผลิตภัณฑ์เคมีที่ให้ผลผลิตสูงกว่ารุ่นก่อนและทำงานต่อเนื่องเป็นเวลาหลายวันในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชจะควบคุมรังสีดวงอาทิตย์และแปลงเป็นพลังงาน 

ระบบสังเคราะห์แสงประดิษฐ์ส่วนใหญ่

พยายามเลียนแบบกระบวนการทางธรรมชาตินี้ Peidong Yang จาก University of California ที่ Berkeley อธิบายว่า “ตัวอย่างเช่น ระบบไบโอไฮบริดที่สังเคราะห์ด้วยแสงมีจุดมุ่งหมายเพื่อเชื่อมโยงเส้นทางสังเคราะห์ทางชีวสังเคราะห์ที่ประกอบไว้ล่วงหน้ากับตัวดูดซับแสงอนินทรีย์” กล่าวโดย Peidong Yangจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่เบิร์กลีย์ “กลยุทธ์นี้ใช้ทั้งประสิทธิภาพการเก็บเกี่ยวแสงของเซมิคอนดักเตอร์แบบโซลิดสเตตพร้อมประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่เหนือกว่าของจุลินทรีย์ทั้งเซลล์”

แบคทีเรียที่ไม่ไวต่อแสงทำการสังเคราะห์ด้วยแสงเทียมในงานใหม่ของพวกเขา Yang และเพื่อนร่วมงานได้ใช้ nanoclusters สีทองขนาดเล็กพิเศษเป็นตัวกระตุ้นแสงที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ และวางไว้ในแบคทีเรียที่ไม่สังเคราะห์แสงM. thermoacetica นักวิจัยคุ้นเคยกับจุลินทรีย์ชนิดนี้เนื่องจากพวกเขาได้ศึกษาว่าเป็นแบคทีเรียที่ไม่ไวต่อแสงเป็นครั้งแรกในการสังเคราะห์แสง “ในงานก่อนหน้านี้ เราได้ติดอนุภาคนาโนที่ดูดซับแสงที่ทำจากแคดเมียมซัลไฟด์ (CdS) เข้ากับเมมเบรนของแบคทีเรีย และเปลี่ยน  M. thermoacetica ให้กลายเป็นเครื่องสังเคราะห์แสงขนาดเล็กที่เปลี่ยนแสงแดดและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นสารเคมีที่มีประโยชน์” Yang กล่าว

“ตอนนี้เราได้พบวิธีที่จะวาง nanoclusters ทองที่ดูดซับแสง (AuNCs) ไว้ในแบคทีเรียและได้ทำ biohybrid ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ให้ผลผลิตทางเคมีในปริมาณที่สูงกว่ารุ่นก่อน”

เดิมทีนักวิจัยเลือก CdS เพราะดูดซับแสงที่มองเห็นได้

 เซมิคอนดักเตอร์นี้เป็นพิษต่อแบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม อนุภาคนาโนจึงต้องติดอยู่นอกเซลล์กับเยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรีย เมื่อแสงแดดกระตุ้นอนุภาคนาโนของ CdS อิเล็กตรอนจะถูกสร้างขึ้นและอิเล็กตรอนนี้จะผ่านผนังเซลล์ก่อนที่จะถูกฉีดเข้าไปในวงจรการลด CO 2 ภายในแบคทีเรีย

“ในขณะที่อิเล็กตรอนที่สร้างด้วยแสงเหล่านี้เดินทางผ่านแบคทีเรีย พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับเอ็นไซม์หลายตัวเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาที่เรียงซ้อนซึ่งในที่สุดจะเปลี่ยน CO 2 ให้เป็นกรดอะซิติก ซึ่งเป็นสารเคมีที่มีคุณค่าเป็นตัวกลางสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์” Yang กล่าว “อย่างไรก็ตาม ในการติดตั้งนอกเซลล์ อิเล็กตรอนจะมีปฏิสัมพันธ์กับสารเคมีอื่นๆ ที่ไม่มีส่วนร่วมในกระบวนการลด CO 2  ที่สำคัญนี้ เป็นผลให้อิเล็กตรอนบางส่วนหายไปในระหว่างกระบวนการถ่ายโอนนี้และไม่สามารถไปถึงเอนไซม์ได้”

ไวแสงภายในเซลล์”เพื่อปรับปรุงความสามารถของแบคทีเรียในการผลิตกรดอะซิติกจาก CO 2 ทุกครั้งที่ได้รับอิเล็กตรอน (เมตริกประสิทธิภาพที่เรียกว่า ‘ประสิทธิภาพควอนตัม’) เราใช้วัสดุกึ่งตัวนำอื่นในรูปแบบของ Au 22 nanoclusters” เขาบอกฟิสิกส์ โลก . “วัสดุนี้ยังดูดซับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เราสามารถใส่ไว้ในแบคทีเรียและทำให้ภายในไวต่อแสง อิเล็กตรอนจากกลุ่มนาโนคลัสเตอร์ Au ภายในเซลล์เหล่านี้สามารถส่งผ่านโดยตรงไปยังเส้นทางการลด CO 2 ที่เรียกว่า Wood–Ljungdhal ดังนั้นการข้ามปัญหาที่พบในระบบก่อนหน้าของเรา”

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นควอนตัม-ish หรือไม่?

และนั่นไม่ใช่ทั้งหมด: AuNC ยังยับยั้งสปีชีส์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยา (ROS) เช่น H 2 O 2และ OH ซึ่งเกิดจากกระบวนการโฟโตออกซิเดชันที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้ “เมื่อ ROS เหล่านี้สะสม จะเป็นอันตรายต่อแบคทีเรีย การยับยั้ง ROS เหล่านี้ทำให้จุลินทรีย์สามารถดำรงชีวิตได้เป็นเวลานาน (หกวัน) และผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพได้อย่างต่อเนื่องในช่วงเวลานี้” Yang กล่าว

นักวิจัยใช้เครื่องมือ Monte Carlo แบบตาข่ายเพื่อแก้ไขการแพร่กระจายของโฟตอนภายในแบบจำลอง เพื่อพิจารณาความผันแปรของสมบัติทางแสงของเนื้อเยื่อระหว่างบุคคลหรือระยะของโรค พวกเขาใช้ค่าสัมประสิทธิ์การกระเจิงของ CSF ที่แตกต่างกันสองค่า: โดยพิจารณา CSF เป็นชั้นที่ไม่กระเจิงเกือบโปร่งใส และมีคุณสมบัติทางแสงที่ขุ่นมากขึ้น

เพื่อจำลองระบบการวัดที่เหมือนจริง ทีมงานได้ทดลองรับฟังก์ชันการตอบสนองต่อเครื่องมือ (IRF) ของเครื่องตรวจจับ fNIRS ทั่วไป พวกเขาซับซ้อน IRF ที่วัดได้นี้ด้วยการแจกแจงโฟตอนจำลองเพื่อประเมินผลกระทบการกระจาย DTOFทีมงานได้ประเมินการกระจายเวลาของเที่ยวบิน (DTOF) เป็นครั้งแรกซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับการแพร่กระจายโฟตอนสำหรับแบบจำลองทรงกระบอกเจ็ดแบบ ในช่วงแรกของการตรวจจับ การเพิ่มความหนาของ CSF ไม่ได้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญใน DTOF เป็นที่คาดหวัง เนื่องจากโฟตอนช่วงแรกใช้เวลาส่วนใหญ่ในชั้น SS ผิวเผิน และไม่อยู่ในบริเวณเนื้อเยื่อที่ลึกกว่า

อย่างไรก็ตาม ในเวลาต่อมาของโฟตอนเกตติ้ง (มากกว่า 2,500 ps) โฟตอนอาจเดินทางผ่าน SS ไปยังเลเยอร์ CSF ที่นี่ การหดตัวของสมองเปลี่ยนความชันของการตอบสนองของเครื่องตรวจจับอย่างเห็นได้ชัด โดยมีความหนาของ CSF ที่สูงขึ้นซึ่งสอดคล้องกับความชันที่น้อยกว่า นักวิจัยสังเกตเห็นความลาดชันที่เปลี่ยนแปลงไประหว่างการเพิ่มความหนาของ CSF ในช่วงเริ่มต้น ซึ่งบ่งชี้ว่ามีความไวสูงขึ้นในช่วงเริ่มต้นของการฝ่อของสมอง การเปลี่ยนแปลงของความชันที่มีความหนาของ CSF นั้นไม่เหมือนกันทุกประการสำหรับค่าสัมประสิทธิ์การกระเจิงทั้งสอง แต่แนวโน้มโดยรวมยังคงรักษาไว้

ความชันเปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนแปลงความชันของโฟตอนปลายที่มีความหนาของน้ำไขสันหลัง เส้นทึบแสดงถึง CSF ที่กระเจิงอย่างรุนแรง เส้นประแสดง CSF ที่กระเจิงที่อ่อนแอกว่าผลลัพธ์สำหรับแบบจำลองศีรษะมนุษย์นั้นสามารถเปรียบเทียบกันได้ โดยการเพิ่มความหนาของ CSF นั้นทำให้ความชันของ DTOF แบนราบลงในช่วงเวลาเกตติ้งตอนปลาย สำหรับทั้งสองรุ่น การบิดด้วย IRF ไม่ส่งผลต่อความชันของเส้นโค้ง DTOF ที่มีเวลาล่าช้า ซึ่งบ่งชี้ว่าความแปรผันของ CSF สามารถวัดได้โดยใช้เครื่องมือจริง

การตอบสนองของเครื่องตรวจจับแบบจำลองยังได้รับผลกระทบจากค่าสัมประสิทธิ์การกระเจิงด้วย การกระเจิงของ CSF ที่เพิ่มขึ้นทำให้ลาดเอียงในลักษณะเดียวกันกับการทำให้น้ำไขสันหลังมีความหนาขึ้น “ในสถานการณ์สมมติซึ่งพารามิเตอร์ทั้งสองต่างกัน เราจะยังคงสามารถเห็นผลกระทบต่อกราฟการตอบสนองได้” Ancora อธิบาย “การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทางแสงของ CSF อาจเป็นตัวบ่งชี้ถึงความก้าวหน้าของโรค แต่เพื่อประเมินว่าเราจำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม เช่น สเปกโทรสโกปี”

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์