Zvětšit obrázek

Zdatné fágy v akci. Kredit: Matt Klug, Biomolecular Materials Group.

Zvětšit obrázek

Bakteriofág M13. Kredit: Microbiology, WW Norton & Company, Inc.

Dnes už je snad úplně každému jasné, že bezhlavá podpora solárních technologií velkorysými dotacemi a podobnými protitržními zvrhlostmi není úplně to pravé ořechové. Zároveň je energie od štědrého Slunce bezesporu docela fajn, tedy pokud není náhodou zataženo. Nejspíš ale bude moudřejší popohánět výzkum a těšit se na dobu, kdy bude solární energie laciná a tudíž lákavá i bez státní korupce. Podle všeho se blýská na lepší časy.

S velmi zajímavou technologií, která by mohla významně vylepšit efektivitu solárních článků, přišli badatelé MIT z laboratoře Angely Belcher. Inspirovali se v mikrosvětě a do výroby solárních článků lstivě zapojili geneticky upravené fágy. Právě s jejich pomocí vyřešili zapeklitý problém, se kterým s již delší dobu moří konstruktéři solárních článků založených na uhlíkových nanotrubičkách. Jde o to, že při výrobě nanotrubiček obvykle vzniká směs dvou typů trubiček – polovodiče a vodiče. Nedávno vyšlo najevo, že polovodičové nanotrubičky zlepšují fungování solárních článků, ale vodičové nanotrubičky naopak škodí. Další nesnáz je v tom, že nanotrubičky mají sklon se slepovat dohromady, což taky provozu solárních článků zrovna moc nepomáhá.

Řešením by se mohly stát fágy. Belcher a spol. použili svého miláčka, dnes již slavného fága M13, který infikuje ještě slavnější bakterie E. coli a v žádném případě tedy nemohl uniknout pozornosti genetických laboratoří. Hostitelské bakterie nezabíjí, vláknitým tvarem příliš neodpovídá lidové představě o bakteriofágovi a v posledních letech se stal oblíbeným pomocníkem nanotechnologů, mimo jiné při konstrukci nanobaterií nebo v technologii fotolýzy vody.

Zvětšit obrázek

Grätzelův článek. Kredit: Krapnik, Wikimedia Commons.

Badatelům se povedlo zařídit, že geneticky vylepšení fágové M13 hlídají produkci uhlíkových nanotrubiček a zajišťují tak vznik neslepených polovodičů. Tento virální systém vyzkoušeli na lehkých a laciných Grätzelových solárních článcích, známých též jako barvivem senzitizované články, jejichž aktivní vrstvu tvoří oxid titaničitý. Podle Belcher a spol. by ale virální dělníci měli fungovat i při konstrukci dalších typů solárních článků. Prozatím se jim daří zvýšit účinnost přeměny energie z 8 procent na 10,6 procent, což v absolutních hodnotách sice stále není žádný zázrak, ale při těchto hodnotách je to vlastně skoro třetina a to už stojí za zmínku. Tím spíš, že se při použití nanotrubiček zvýší hmotnost hotových solárních článků o pouhou jednu desetinu procenta.

Zvětšit obrázek

Angela Belcher ve svém živlu. Kredit: A. Belcher, MIT.

Vylepšené fágy dělají vlastně dvě různé věci. Jednak přidržují jednotlivé nanotrubičky – jeden fág jich udrží pět až deset, přičemž každou z nich drží vazbou na cca 300 svých povrchových bílkovin a pak také povlékají nanotrubičky oxidem titaničitým, čímž vylepšují jejich funkci. Těsnější kontakt oxidu titaničitého s nanotrubičkami totiž podle všeho zrychluje transport světlem uvolněných elektronů. Každý fág zvládne obě činnosti, mezi nimiž mohou technologové snadno přepínat změnou kyselosti prostředí, což je další pozoruhodná novinka. Je velmi příjemné, že fágy M13 vyrábějí nanotrubičky rozpustné ve vodě, takže je pak lze dále zpracovat ve vodě a při pokojové teplotě.

Zvětšit obrázek

Budou je vyrábět viry? Kredit: US Air Force, Wikimedia Commons.

Prashant Kamat, odborník na Grätzelovy solární články z Notre Dame University, je u vytržení a v dohledné době očekává komerční aplikace virálních solárních článků. Ve skutečnosti jde totiž jenom o jeden jednoduchý technologický krok navíc, který lze relativně snadno začlenit do standardního výrobního postupu solárních článků. Podle Belcher by to pro rozjeté továrny v Japonsku, Koreji a na Tchaj-wanu neměl být žádný problém.

Prameny:

MIT News 25.4. 2011, Nature Nanotechnology online 24.4. 2011, Wikipedia (M13 bacteriophage).