雙鏈DNA作為模板引導(dǎo)自組裝的花青染料形成了強耦合的染色聚合體，這些聚合體能夠?qū)崿F(xiàn)能量高效的定向傳遞，傳遞距離超過32納米。

隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L，再加上森林砍伐和化石燃料導(dǎo)致大氣中二氧化碳含量不斷升高，自然界的光合作用很難跟上碳循環(huán)速度。但是，如果我們借鑒光合作用制造出不會產(chǎn)生二氧化碳的能源，從而幫助自然碳循環(huán)過程會如何呢？人工光合作用就是這樣，它利用太陽的能量來產(chǎn)生燃料，并且實現(xiàn)二氧化碳產(chǎn)量最小化。

在最近發(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會》雜志上的一篇論文中，亞利桑那州立大學(xué)的Hao Yan、Yan Liu和Neal Woodbury組成的研究團隊報告稱，在人工光合作用的優(yōu)化系統(tǒng)研究中取得了巨大的進展，該系統(tǒng)模擬的是光合作用的第一階段，也就是從太陽捕獲和收集光能的過程。

植物葉片光合作用的第一步是通過葉綠素分子捕獲光能，接下來是有效地把光能轉(zhuǎn)移到光能化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的光合反應(yīng)中心。這個過程被稱為能量轉(zhuǎn)移。天線復(fù)合體的自然光合作用更為高效，這就像收音機或電視機的天線一樣，光合天線復(fù)合體的工作就是收集吸收到的光能，并將其引導(dǎo)到正確的地方。

但是，如果我們建立自己的能量傳輸天線復(fù)合體，也就是說通過人工結(jié)構(gòu)吸收光能并將其遠(yuǎn)距離傳輸?shù)娇梢允褂玫牡胤?，會怎樣呢?/span>

Woodbury稱：“自然界的光合作用已經(jīng)掌握了收集光能并將其遠(yuǎn)距離移動到合適位置進行光化學(xué)反應(yīng)的技巧。我們所面臨的問題在于，從設(shè)計角度來說自然復(fù)合體很難復(fù)制。雖然我們可以利用它們，但是我們更想創(chuàng)造一種能夠服務(wù)于我們目標(biāo)的系統(tǒng)。對大自然的借鑒以及我們對DNA結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計，幫助我們突破了這一限制，使我們能夠創(chuàng)建出一種光收集系統(tǒng)，并且有效地傳輸我們想要的光能?！?/span>

Yan的實驗室已經(jīng)找到一種方法來利用DNA的自組裝結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以作為組裝分子復(fù)合體的模板，而且?guī)缀醪皇艽笮?、形狀和功能的限制。利用DNA結(jié)構(gòu)作為模板，研究人員能夠?qū)⑷旧肿泳奂綆资{米的DNA結(jié)構(gòu)中，而且捕獲和轉(zhuǎn)移的能量損耗小于每納米1%。染色分子模擬了葉綠素天線復(fù)合體在自然光合作用中的功能，有效地將光能從被吸收的地方長距離轉(zhuǎn)移到被利用的地方。

為了進一步研究這種以自組裝染色DNA納米結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)打造的仿生光捕獲復(fù)合物，Yan、Woodbury和Liu已經(jīng)獲得了美國能源部的資助。在之前由美國能源部資助的研究中，Yan和他的團隊已經(jīng)證明了DNA充當(dāng)聚合染色分子的可編程模板的實用性。在這些研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，他們以DNA的自組裝能力為基礎(chǔ)，利用光子原理構(gòu)建出可編程的DNA結(jié)構(gòu)。這些DNA結(jié)構(gòu)也為復(fù)雜光分子系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)提供了靈活的平臺。

Yan聲稱：“很高興看到DNA可以被編程成腳手架一樣的模板，模仿大自然的光收集天線，并且實現(xiàn)能量的遠(yuǎn)距離傳輸。這是一個跨學(xué)科研究成果的偉大展示?！边@項研究的潛在成果在于它揭示了捕獲能量的新方法，而且這些能量能夠在不造成凈損失的情況下實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。反過來，這項研究也能夠為設(shè)計更高效的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)開辟道路，從而減少我們對化石燃料的依賴。（邱成剛）