Морские водоросли и антенны диатомей: устойчивые энергетические решения под водой
Исследователи из Кембриджа в рамках проекта Bio-inspired and Bionic materials for Enhanced Photosynthesis (BEEP) изучают, как морские организмы взаимодействуют со светом, чтобы найти новые пути декарбонизации энергоснабжения и создания устойчивых альтернатив вредным материалам, таким как краски и красители.
Проект, финансируемый программой Horizon 2020 Европейского Союза и возглавляемый профессором Сильвией Виньолини, объединил девять исследовательских групп. Учёные черпали вдохновение в природе, где водоросли, кораллы и морские слизни эволюционно развили эффективные способы преобразования солнечного света в энергию.
Структурная окраска морских видов
Некоторые из самых ярких материалов в природе (перья павлина, крылья бабочек) обязаны своим цветом не пигментам, а внутренней наноструктуре, которая отражает определённые длины волн света. Команда изучала этот феномен у морских водорослей. Некоторые виды имеют наноструктуры в клеточных стенках, которые могут пропускать определённый свет или менять структуру, чтобы направлять свет внутрь клетки. Учёные полагают, что это может защищать от УФ-излучения или оптимизировать сбор света.
Мария Мураче, аспирант BEEP: «Нас очаровывают оптические эффекты этих организмов. Понимание материалов и структур, лежащих в основе этих цветов, может привести к созданию зелёных и устойчивых альтернатив обычным краскам и токсичным красителям».
Антенны для диатомовых водорослей
BEEP также изучал диатомовые водоросли — крошечные фотосинтезирующие организмы, производящие до половины всего кислорода на Земле. Их кремниевые панцири обладают выдающимися светособирающими свойствами.
Команда сконструировала миниатюрные светособирающие антенны и прикрепила их к панцирям диатомей.
Сезар Висенте Гарсия, аспирант BEEP: «Эти антенны позволяют собирать свет, который иначе не был бы уловлен организмом, и использовать его для фотосинтеза. Результат обнадёживает: диатомеи растут лучше! Это исследование может вдохновить на создание мощных био-фотореакторов».
Био-фотореактор и применение
Учёные создали прототип био-фотореактора из полностью биосовместимого гидрогеля, в котором выращиваются микроводоросли и структурно окрашенные бактерии. Их взаимодействие взаимовыгодно: оно усиливает рост микроводорослей и увеличивает объём производимой биомассы, что может найти применение в производстве биотоплива.
Помимо исследований, сеть BEEP организовала обучающие и просветительские мероприятия для публики на научных фестивалях в Италии, Франции и Великобритании.
Флориана Миссео, менеджер сети BEEP: «Общество полагается на науку. Крайне важно, чтобы учёные делились своими исследованиями и способствовали информированным дискуссиям».
Профессор Сильвия Виньолини: «Координация этого проекта была бесценным опытом. Возможность принимать исследователей из разных дисциплин в лаборатории сыграла ключевую роль в развитии новых навыков и подходов к решению проблем».