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  • 助理教授加布里埃拉schlau  - 科恩(左)和副教授米尔恰丁加探索在微观层面他们的研究如何帮助解决巨大的挑战。

    助理教授加布里埃拉schlau - 科恩(左)和副教授米尔恰丁加探索在微观层面他们的研究如何帮助解决巨大的挑战。

    照片:贾斯汀骑士

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微观回答人类对食物,水和能源问题迫在眉睫

助理教授加布里埃拉schlau  - 科恩(左)和副教授米尔恰丁加探索在微观层面他们的研究如何帮助解决巨大的挑战。

化学校友和朋友们副教授米尔恰·丁加和助理教授加布里埃拉schlau - 科恩享用食品,饮料和谈判的一个晚上。


记者联系

丹妮尔·兰德尔强悍
电子邮件: r和alld@mit.edu
电话:(617)258-7492
化学系

当社会面临的环境不确定性的威胁,对全球危机的潜在科学的解决方案是值得欢迎的重要课题。 4月25日,化学和澳门太阳城最新网站系 科学学院 举行了校友和朋友接待,邀请客人聚集在samberg会议中心的食品,饮料的一个晚上,由教授讲座 米尔恰·丁加 和 加布里埃拉schlau - 科恩,谁共享的基础科学的研究,可以帮助食物,水和能源供应应对全球性挑战自己的见解。

反向工程光合机

光合作用使植物变成是捕捉和传输太阳能,并把它变成食物非常有效的机器。如果我们了解这些机器是如何工作的,我们不仅能适应我们学习提高太阳能技术,而且在植物光合作用最优化,以提高作物产量。然而,由于光合“机”工作在一个非常小的规模,研究人员需要新的工具和方法,以便能够观察到它在单个分子和飞秒水平工作。

加布里埃拉schlau - 科恩分享她是如何开发的单分子光谱超快的能够探索光合作用的活力和结构动力学。通过研究这些微小的细节,schlau - 科恩认为,我们可以解决一些世界上主要的问题 - 比如我们的食品日益增长的需求,我们的清洁,可持续的能源需求。 “我们可以从自然界最小的生物学习解决一些社会的最大的问题,” schlau-Cohen说。

在一项研究中,schlau-科恩使用苔藓和藻类理解“分子开关”蛋白质,其响应于太阳光的可用性接通和断开光合作用。晴天条件下,开关被导通,并且吸收的能量作为热耗散。在阴天时,开关被关断,并且所述能量可用于驱动光合作用的反应。由一个强大的显微镜下观察此开关的荧光,schlau-科恩能够确定的是,开关或者被突然通过一种蛋白质由不同的蛋白(接通(在阳光从云后面重新出现的情况下)或逐渐作为太阳升起的日子)。

schlau - 科恩的发现可以证明在满足世界对粮食日益增长的需求非常有用 - 它正在迅速的一大缺口超过了电流供应被完全消除的逐渐变化的蛋白质开关,早在2030年预测,它可能是可以改造植物斜坡上升光合作用更积极当阳光变得可用,增加作物产量。

在另一项研究中,schlau - 科恩集中在光合生物的能力来吸收太阳光转化为电能近团结量子效率 - 一个了不起的壮举,太阳能技术还不能比拟的。我们知道,植物细胞通过蛋白质的专门网络上传输的能量到达中心位置达到这一效率,但分子机制如何运作产生这样一个高效的定向能量流仍是一个谜。

schlau-科恩观察到一种类型的光合细菌,其采用由该吸收太阳能蛋白质的网络的可调节的天线。她发现,在阳光明媚的日子里,天线较小,而阴天取得了较大的天线。吸收的能量通过数千蛋白质天线内途径的流动以到达产生电力的中心位置。了解蛋白质组织是如何定向的能量流,schlau-科恩重建蛋白网络,然后测得的能量有两个超高速,飞秒激光器,一个作为模拟太阳和激发样品的泵,而另一个作为探针,其功能作为一个摄像头看到初始激励后会发生什么变化的能量。能量移动快30%通过重建蛋白网络,露出一个可能的途径来获得所需要的增加太阳能电池板的可靠性和功率密度的能量转移的更快的速率。

从稀薄的空气水

而不是寻找大自然为人类制造的问题的解决方案,米尔恰·丁加采用不同的方法:“从根本上,我喜欢结交新stuff和然后找出它如何帮助别人,”他说。

丁加开发新种金属有机骨架(MOF),已长期用于气体储存和分离一个类型的材料。但MOFs材料也有应用,存储和消费能源和全球环境问题有希望的,相对未开发的电子特性。在丁加实验室已经度过了过去五年来专注于一类新的高度多孔材料的发展。如果一个人以展开材料的一克的内表面区域,它会覆盖整个足球场。它是迄今为止人类已知的任何材料的表面积最大。丁加说,他在MOFs材料上的水吸附工作导致的特别可调的“海绵类固醇”的隔离可以通过从空气中吸收水分产生淡水。

丁加受到启发,用他独特的海绵,以解决庞大且不断增长的世界需求的淡水。人口的大约三分之一目前住严重水分胁迫下。到2030年,据估计,该统计将提高到了半个世界,人口完全是没有淡水的三分之一。

世界大部分地区的供水是人迹罕至冰帽或咸的海洋 - 或空气作为蒸气。从大气中吸取水分,丁加高容量的MOF海绵可以固定到房子的屋顶。在夜间,当湿度上升时,材料会从大气中吸取水分,然后在白天,阳光将加热海绵和释放蒸汽。一旦被冷凝,淡水可以收集。

基础研究是对我们的未来至关重要

“化学是无处不在,”化学头的部门 蒂姆·贾米森 告诉客人。澳门太阳城最新网站校园的边界内发生的工作是最最至关重要的科学和社会的未来。

基本的科学,schlau-Cohen和丁加追求奠定了技术进步不能仅仅的方式,我们可以预测,如提高太阳能技术解决一些我们社会的最具挑战性的问题,以及基础,增加作物产量,或提取大气水,而且,我们还不能想象的方式。


主题: 科学学院, 化学, 可替代能源, 化学工程, 餐饮, 太阳能, , 生物工程和生物技术

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