俄羅斯國立核能研究大學莫斯科物理工程學院的科研人員以量子點和光敏蛋白組成的混合材料為基礎(chǔ)，研發(fā)出一種新型太陽能電池。有關(guān)專家指出，這種電池在轉(zhuǎn)化太陽能和光學信息處理方面具有極大潛力。相關(guān)研究發(fā)表在《光敏傳感器和生物電子學》雜志上。

單細胞生物的蛋白能夠把光能轉(zhuǎn)化成化學能（類似植物的葉綠素），這一切是通過細胞膜的正電荷傳遞發(fā)生的。單細胞與葉綠素的重大區(qū)別在于離開氧氣存活的能力，單細胞生物能生活在類似死海深處、極富侵蝕性的環(huán)境中。從進化的角度來說，它們的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和光學穩(wěn)定性高。在此情況下，單細胞生物的蛋白可在億萬分之一秒內(nèi)多次改變顏色，因此是制造全息處理器的極有前景的材料。

研究人員將單細胞蛋白與半導體納米粒子（量子點）結(jié)合起來，大大改善了這些性能。維克托·克里文科夫介紹說：“我們制造了高效運行的光敏晶格，它在光子能非常低的光的影響下產(chǎn)生電流。在普通條件下，這種光敏晶格不工作，因為光敏分子只在非常狹窄的能量范圍內(nèi)吸收光。而量子點只在非常寬廣的范圍內(nèi)才能這么做，甚至可以把兩個低能光子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高能光子，就像把它們合并在一起一樣。”

有關(guān)專家指出，上述研究顯示了在生物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制造高效光敏元件的潛力。它們不僅能應用在太陽能轉(zhuǎn)化中，也可用在光學信息處理中。

什么是光敏蛋白？

許多生物借助光敏蛋白來接收太陽的能量以維持自身的存活。有些使用葉綠素在光合作用中將光能存儲到化學鍵中，而其他的則使用視紫紅質(zhì)，這種蛋白與一種被稱為視黃醛的維生素A結(jié)合，可以捕獲光線。視紫紅質(zhì)最著名的應用是，嵌入在我們眼睛的視桿細胞中，使我們能夠在黑暗中視物。但另一種形式的視紫紅質(zhì)可以幫助小生物(如藻類和細菌)吸收光線，從而產(chǎn)生化學能。

一組科學家在加利利海底部首次發(fā)現(xiàn)了新型的光合蛋白質(zhì)。研究人員從以色列加利利海采集微生物的DNA樣本，正是為了尋找第二類視紫紅質(zhì)。

他們回到實驗室并對DNA進行篩選，以尋找編碼光反應蛋白的基因。當他們將視黃醛添加到DNA宿主的大腸桿菌中時，它變成了紫色——這表明可能存在視紫紅質(zhì)。

研究人員上個月在Nature雜志上宣布說，當他們對DNA進行后續(xù)測試時，他們發(fā)現(xiàn)了一種全新的食光蛋白，一種新型視紫紅質(zhì)，被命名為太陽視紫紅質(zhì)(heliorhodopsin)。

科學家們對太陽視紫紅質(zhì)的工作原理尚不十分了解。為它編碼的DNA結(jié)構(gòu)類似于為產(chǎn)生化學能的視紫紅質(zhì)編碼的DNA。

但由于完成其光轉(zhuǎn)換周期需要很長時間，研究人員懷疑——與我們眼中的視紫紅質(zhì)相似——它是一種光敏蛋白。

目前，他們能夠確定的是：新的蛋白質(zhì)似乎無處不在，在細菌，藻類，古細菌，甚至地球上的土壤和主要水域內(nèi)的病毒中都能找到。新的蛋白質(zhì)家族甚至還出現(xiàn)在那些已知并不感光的細菌和微生物中。

光敏蛋白有非常廣闊的應用，從數(shù)據(jù)存儲到光遺傳學；后者使科學家能夠用光來操縱經(jīng)過基因工程處理過的神經(jīng)細胞。但首先要做的，他們必須解答感光蛋白質(zhì)基本作用原理的問題。