ИСТИНА

Целью проекта было изучение процессов переноса энергии и электрона в природных и гибридных фотобиологических наноструктурах. В соответствии с планом работ были получены гибридные комплексы препаратов фотосинтетических наноразмерных комплексов из пурпурной бактерии Rb. sphaeroides, фотосистемы 1, фотосистемы 2 и антенных комплексов фотосинтезирующих водорослей с полупроводниковыми нанокристаллами. Проведено исследование адгезии полученных гибридных комплексов на твердотельные мезопористые металлические и полупроводниковые электроды. Проведено изучение сорбции мезопористыми пленками TiO2 комплексных структур, состоящих из РЦ и квантовых точек (КТ). Показано, что как КТ, так и РЦ после адгезии на поверхность электрода сохраняют спектральные и фотохимические свойства. Проведено экспериментальное изучение процессов переноса энергии электронного возбуждения и электрона в гибридных структурах из полупроводниковых нанокристаллов и фотосинтетических наноразмерных комплексов, в буфере и мезопористых TiO2 пленках, адсорбированных на токопроводящие ITO электроды при различных условиях (температура, pH). Показано, что полученные гибридные структуры, состоящие из полупроводниковых нанокристаллов и РЦ, сорбированных на поверхности и внутри пор мезопористого TiO2 электрода, осуществляют эффективный перенос энергии электронного возбуждения от КТ на РЦ, при этом РЦ служат источником электронов для полупроводниковой подложки. Достигнута оптическая плотность светособирающего слоя квантовых точек в мезопористой пленке величины 0,1. Проведено исследование новых гибридных систем на основе полупроводниковых нанокристаллов и фотосинтетических наноразмерных комплексов, полученных из высших растений и водорослей. Показано, что в данных гибридных комплексах наблюдается эффективный (>70%) перенос энергии электронного возбуждения от КТ к фотосинтетическим наноразмерным комплексам. Разработан экспериментальный экземпляр гибридной фотопреобразующей ячейки. Данная ячейка применялась для измерений фотоэлектрического отклика гибридных комплексов. Оказалось, что в оптимизированном варианте с использованием тройного гибрида КТ + РЦ + TiO2, помещенного на электропроводящую поверхность ITO, и соответствующем подборе пар переносчиков (метилвиологен/ферроцен) получен КПД преобразования энергии света в фототок, равный 6,6%. Особо следует подчеркнуть, что с использованием квантовых точек КТ780 спектр действия фототока перекрывал область спектра от 300 до 900 нм. Проведено исследование аномальной температурной зависимости флуоресценции аллофикоцианина. Показано, что природа этой аномальной температурной зависимости связана с конформационной перестройкой молекул аллофикоцианина, вызванной фазовым переходом вода-лед при медленном замораживании. Проводилось исследование фотопротекторных механизмов в фикобилисомах, обеспечивающих снижение эффективного переноса энергии от антенных комплексов на РЦ при интенсивном солнечном освещении. Показано, что одним из таких механизмов является нефотохимическое тушение флуоресценции фикобилисом. В цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803 роль переключателя фотопротекторного механизма выполняет оранжевый каротиноид-протеин (OCP). Изучался фотопротекторный механизм в трехчстичных лишайниках Peltigera aphthosa. С помощью методов стационарной и флуоресцентной микроскопии с временным разрешением исследовалась динамика процессов регидратации в различных частях лишайника. Обнаружено, что апикальная, медиальная и базальная части лишайника не только морфологически различны, но и показывают совершенно различные индукционные кривые хлорофилла и другие спектральные характеристики. Использовалась комбинация взаимодополняющих спектроскопических техник для определения структурных параметров и процессов переноса энергии электронного возбуждения в биологических пигмент-белковых комплексах цианобактерии A. marina и флуоресцентных белках. Исследовались гибридные комплексы из полупроводниковых нанокристаллов (КТ) и фталоцианинов цинка. Показано, что КТ могут использоваться для увеличения эффективного сечения поглощения фталоцианинов цинка (ZnPсs). ZnPcs и КТ образуют стабильные гибридные комплексы в результате электростатического взаимодействия в растворе. Флуоресценция КТ в таких гибридных комплексах сильно тушится вследствие переноса поглощенной энергии света к ZnPсs. Для объяснения миграции энергии между парами донор-акцептор использовался Ферстеровский механизм резонансного переноса энергии FRET.