Полученные данные о диатомовых водорослях могут быть применимы в датчиках света, биосенсорах, защитных покрытиях против ультрафиолета, солнечных батареях и других решениях — вплоть до систем искусственного фотосинтеза, которые бы превращали углекислый газ и воду в топливо.
Ученые «подсмотрели» у водорослей трюк для управления светом в солнечных батареях
Группа ученых из Сколтеха, МГУ, МФТИ и других научных организаций исследовала, как узорчатые панцири одноклеточных диатомовых водорослей реагируют на свет. В результате был обнаружен особый оптический эффект, который микроорганизмы используют для улучшения фотосинтеза.
Freepik
Диатомовые водоросли — распространенный и хорошо адаптированный организм, одна из основных частей фитопланктона.
Узор из пор: как водоросли обхитрили систему
Отличительная черта диатомовых — жесткая клеточная стенка из диоксида кремния. Такой панцирь напоминает стекло и пронизан множеством отверстий, образующих узор. Он защищает водоросль, участвует в выводе продуктов жизнедеятельности, захвате питательных веществ, а также взаимодействует с падающими солнечными лучами, чтобы максимально использовать энергию, проходящую через толщу воды.
Окрашенный снимок с микроскопа: панцирь диатомовой водоросли вида Coscinodiscus oculus-iridis
«Анализ оптических свойств диатомей вида Coscinodiscus oculus-iridis показал, что фрустулы, или панцири этих водорослей, благодаря своему сложному рисунку из пор, демонстрируют так называемый эффект Тальбота. Из-за дифракции на решетке отверстий свет фокусируется в определенных точках внутри панциря. Мы не знаем, привела ли именно эта функция к возникновению такого "сита", но, по всей видимости, водоросли пользуются этой структурой в том числе для повышения эффективности фотосинтеза. Возможно, они делают это за счет оптимального расположения поглощающих свет хлоропластов», — рассказал Сергей Дьяков, один из авторов исследования, доцент Центра инженерной физики Сколтеха.
Научная группа подтвердила наличие эффекта Тальбота с помощью расчетов и планирует получить экспериментальное подтверждение, проведя опыт с искусственной структурой в увеличенном масштабе, которая воспроизводит рисунок отверстий панциря.
Старший научный сотрудник Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Юлияна Цветинович, соавтор исследования, привела примеры биомиметических технологий, которые могут выиграть от более глубокого понимания диатомовых: «Мы узнаем все больше о свойствах панцирей диатомовых водорослей, и какие-то из используемых ими механизмов могут со временем оказаться полезны в фотонических устройствах, биосенсорах, саморегулирующихся фоточувствительных покрытиях и солнечных батареях — может быть, даже в системах искусственного фотосинтеза, которые бы преобразовывали энергию солнечного света не в электричество, а в химическое топливо».
Ученые намерены продолжить изучение физических и биохимических свойств диатомовых водорослей, чтобы подтвердить существующие выводы и, возможно, выявить еще более удивительные процессы, скрытые от наших глаз.