新技术使科学家能够跟踪光合作用中的分子能量转移

科学家能够使用称为二维电子光谱的新技术在分子复合物中的时间和空间中遵循激发能量的流动。在广泛的应用中持有很大的希望,这种技术已经过去已经令人惊讶地发现光合作用过程。该技术是由美国能源部的研究人员组织开发的劳伦斯伯克利国家实验室加州大学伯克利分校

Graham Fleming是伯克利实验室的副主任,他领导了一项名为二维电子光谱的新技术的开发,该技术使科学家能够以纳米空间分辨率和飞秒时间分辨率绘制激发能在空间中的流动。“我认为这将被证明是一种革命性的方法,用于研究多分子强烈相互作用的复杂系统中的能量流,”伯克利实验室副主任格雷厄姆·弗莱明(Graham Fleming)说,他是光合作用过程光谱研究的国际知名领导者。“利用二维电子能谱,我们可以用纳米空间分辨率和飞秒时间分辨率绘制激发能在空间中的流动。”

弗莱明也是加州大学伯克利分校的一名化学教授,是这项研究的首席研究员,也是发表在2005年3月31日《自然》杂志上题为“光合作用中电子耦合的二维光谱”的论文的合著者。与弗莱明共同撰写这篇论文的有Tobias Brixner、Jens Stenger、Harsha Vaswani、Minhaeng Cho和Robert Blankenship。

Two-dimensional electronic spectroscopy involves sequentially flashing a sample with light from three laser beams, delivered in pulses only 50 femtoseconds (50 millionths of a billionth of a second) in length, while a a fourth beam is used as a local oscillator to amplify and phase-match the resulting spectroscopic signals. Fleming likens the technique to that of the early super-heterodyne radios, in which an incoming high frequency radio signal was converted by an oscillator to a lower frequency for more controllable amplification and better reception. In the case of 2-D electronic spectroscopy, scientists can track the transfer of energy between molecules that are coupled (connected) through their electronic and vibrational states in any photoactive system, macromolecular assembly or nanostructure.

“这种技术在旨在提高分子太阳能电池效率的研究中也应该有用,”弗莱明说。在自然论文中,他和他的同事描述了它们如何成功使用2-D电子光谱学,以记录FENNA-MATTHEWS-OLSON(FMO)光合光收获蛋白的第一直接测量电子耦合,绿色硫的分子复合物吸收光子并将激发能量引导到反应中心的细菌,在那里它可以转化为化学能。

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http://www.lbl.gov.

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