Quang hợp là gì? Các công bố khoa học về Quang hợp

Các chấm lượng tử bán dẫn phát quang động cao (zinc sulfide–bọc kẽm selenide) đã được liên kết cộng hóa trị với các phân tử sinh học để sử dụng trong phát hiện sinh học siêu nhạy. So với các thuốc nhuộm hữu cơ như rhodamine, loại chất phát quang này sáng hơn 20 lần, ổn định chống lại hiện tượng phai màu quang 100 lần và có độ rộng đường quang phổ chỉ bằng một phần ba. Các chất liên hợp kích thước nanometers này có khả năng hòa tan trong nước và tương thích sinh học. Các chấm lượng tử được gắn nhãn với protein transferrin đã trải qua quá trình nhập bào được điều tiết bởi thụ thể trong các tế bào HeLa nuôi cấy, và những chấm lượng tử đó được gắn với các immunomolecules nhận biết các kháng thể hoặc kháng nguyên cụ thể.

Bình thường hóa chính xác là điều kiện tiên quyết tuyệt đối để đo lường đúng biểu hiện gene. Đối với PCR sao chép ngược định lượng thời gian thực (RT-PCR), chiến lược bình thường hóa phổ biến nhất bao gồm tiêu chuẩn hóa một gene kiểm soát được biểu hiện liên tục. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, đã trở nên rõ ràng rằng không có gene nào được biểu hiện liên tục ở tất cả các loại tế bào và dưới mọi điều kiện thí nghiệm, ngụ ý rằng sự ổn định biểu hiện của gene kiểm soát dự kiến phải được xác minh trước mỗi thí nghiệm. Chúng tôi đã trình bày một chiến lược mới, sáng tạo và mạnh mẽ để xác định các gene được biểu hiện ổn định trong một tập hợp các gene ứng cử viên để bình thường hóa. Chiến lược này bắt nguồn từ một mô hình toán học về biểu hiện gene cho phép ước lượng không chỉ sự biến đổi tổng thể của các gene nghị biểu bình thường mà còn sự biến đổi giữa các nhóm mẫu bộ của tập hợp mẫu. Đáng chú ý, chiến lược này cung cấp một thước đo trực tiếp cho sự biến đổi biểu hiện ước tính, cho phép người dùng đánh giá lỗi hệ thống được tạo ra khi sử dụng gene này. Trong một so sánh trực tiếp với một chiến lược đã được công bố trước đó, cách tiếp cận dựa trên mô hình của chúng tôi có hiệu suất mạnh mẽ hơn và ít nhạy cảm hơn đối với điều chỉnh đồng biến của các gene bình thường hóa ứng cử viên. Chúng tôi đã sử dụng chiến lược dựa trên mô hình để xác định các gene phù hợp để bình thường hóa dữ liệu RT-PCR định lượng từ ung thư ruột kết và ung thư bàng quang. Các gene này bao gồm UBC, GAPD, và TPT1 cho ruột kết và HSPCB, TEGT, và ATP5B cho bàng quang. Chiến lược được trình bày có thể được áp dụng để đánh giá độ thích hợp của bất kỳ ứng cử viên gene bình thường hóa trong bất kỳ loại thiết kế thí nghiệm nào và nên cho phép bình thường hóa dữ liệu RT-PCR đáng tin cậy hơn.

Việc sử dụng huỳnh quang diệp lục để giám sát hiệu suất quang hợp trong tảo và thực vật hiện đã trở nên phổ biến. Bài đánh giá này xem xét cách các thông số huỳnh quang có thể được sử dụng để đánh giá những thay đổi trong hóa học quang học của hệ quang hợp II (PSII), dòng điện tử tuyến tính và sự đồng hóa CO₂ trong vivo, đồng thời đưa ra cơ sở lý thuyết cho việc sử dụng các thông số huỳnh quang cụ thể. Mặc dù các thông số huỳnh quang có thể được đo dễ dàng, nhưng có thể gặp nhiều vấn đề tiềm ẩn khi ứng dụng chúng để dự đoán sự thay đổi trong hiệu suất quang hợp. Đặc biệt, việc xem xét các vấn đề liên quan đến ước tính chính xác hiệu suất hoạt động của PSII được đo bằng huỳnh quang và mối quan hệ của nó với tốc độ dòng điện tử tuyến tính và sự đồng hóa CO₂ được đề cập. Các vai trò của sự dập tắt quang hóa và phi quang hóa trong xác định sự thay đổi hiệu suất hoạt động của PSII cũng được khám phá. Cuối cùng, ứng dụng của chụp ảnh huỳnh quang vào nghiên cứu độ không đồng đều của quang hợp và sàng lọc nhanh số lượng lớn thực vật gây xáo trộn quang hợp và trao đổi chất liên quan cũng được xem xét.

Phản ứng dưới điều kiện nhẹ giữa formaldehyde và các dẫn xuất của phenylalanine và phenylethylamine đã được nghiên cứu. Khi các amine có trong một lớp protein khô được tiếp xúc với hơi formaldehyde, một hiện tượng phát quang rất mạnh từ xanh đến vàng chỉ được tạo ra bởi những amine mà không chỉ là amine bậc một mà còn có nhóm hydroxyl tại vị trí 3 và 4 (3,4-dihydroxyphenylalanine, dopamine, noradrenaline). Nhóm 3-OH dường như cần thiết cho phản ứng. Các catechol amines, mà là amine bậc hai (adrenaline, epinine), cho ra hiện tượng phát quang yếu hơn nhiều và phát triển một cách chậm hơn.

Các kết quả thu được từ quá trình kiểm tra thêm về phản ứng ủng hộ quan điểm rằng các amine chủ yếu ngưng tụ với formaldehyde để tạo ra 1,2,3,4-tetrahydroisoquinolines, mà liên quan đến một phản ứng thứ cấp để trở nên có tính phát quang cao và đồng thời không hòa tan. Phản ứng thứ cấp này có thể là sự liên kết với protein, và oxy hóa với sự hình thành liên kết đôi trong vòng dị vòng, hoặc cả hai.

Chúng tôi đã tập hợp một bộ dữ liệu đo lường hiệu suất dựa trên carbon ¹⁴ để hiểu các biến số quan trọng cần thiết cho đánh giá chính xác việc cố định carbon phytoplankton tích hợp độ sâu hàng ngày (PP(PP_eu)_u) từ đo lường nồng độ sắc tố trên bề mặt biển (C_sat)(C_sat). Từ bộ dữ liệu này, chúng tôi đã phát triển một mô hình chiếu sáng phụ thuộc vào độ sâu để cố định carbon (VGPM) phân chia các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sản xuất chính thành những yếu tố ảnh hưởng đến phân phối theo chiều đứng tương đối của sản xuất chính (P_z)_z) và những yếu tố kiểm soát hiệu suất đồng hóa tối ưu của cấu hình hiệu suất (P(P^B_opt). VGPM đã giải thích được 79% sự biến đổi quan sát trong P_z và 86% sự biến đổi trong PP_eu bằng cách sử dụng các giá trị đo được của P^B_opt. Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng độ chính xác của các thuật toán hiệu suất trong việc ước tính PP_eu phụ thuộc chủ yếu vào khả năng đại diện chính xác sự biến đổi trong P^b_opt. Chúng tôi đã phát triển một mô hình phụ thuộc nhiệt độ P^b_opt được sử dụng kết hợp với hình ảnh khí hậu hàng tháng của C_sat nhiệt độ bề mặt biển, và ước tính sửa cải mây chiếu sáng bề mặt để tính toán tốc độ cố định carbon phytoplankton toàn cầu hàng năm (PP_annu) là 43.5 Pg C yr^‒1. Phân bố địa lý của PP_annu khác biệt rõ rệt so với kết quả từ các mô hình trước đây. Kết quả của chúng tôi minh họa tầm quan trọng của việc tập trung phát triển mô hình P^b_opt trên sự biến đổi theo thời gian và không gian, thay vì chiều dọc.

Chúng tôi cho thấy rằng hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các thiết bị quang điện hữu cơ dựa trên sự pha trộn polymer liên hợp/methanofullerene bị ảnh hưởng đáng kể bởi hình thái phân tử. Bằng cách cấu trúc sự pha trộn thành một hỗn hợp mật thiết hơn, chứa ít sự phân tách pha của các methanofullerenes, đồng thời tăng cường mức độ tương tác giữa các chuỗi polymer liên hợp, chúng tôi đã chế tạo được một thiết bị với hiệu suất chuyển đổi công suất đạt 2,5% dưới ánh sáng AM1.5. Đây là mức tăng gần gấp ba lần so với các giá trị đã được báo cáo trước đó cho loại thiết bị này, và nó gần đạt được mức yêu cầu cho việc sử dụng thực tiễn của các thiết bị này trong việc thu thập năng lượng từ ánh sáng mặt trời.

Xúc tác quang được coi là một trong những phương pháp đầy hứa hẹn để giải quyết khủng hoảng năng lượng và môi trường thông qua việc sử dụng năng lượng mặt trời. Nitride carbon graphitic (g‐C₃N₄) đã thu hút sự chú ý rộng rãi trên toàn thế giới nhờ vào hoạt động trước ánh sáng nhìn thấy được, quá trình tổng hợp dễ dàng từ các vật liệu giá rẻ, độ ổn định hóa học và cấu trúc lớp độc đáo. Tuy nhiên, chất xúc tác quang g‐C₃N₄ nguyên chất vẫn gặp phải vấn đề về hiệu suất tách hợp thấp của các hạt mang điện được tạo ra từ quang điện, dẫn đến hoạt động xúc tác quang không đạt yêu cầu. Gần đây, các cấu trúc dị hợp dựa trên g‐C₃N₄ đã trở thành điểm nóng nghiên cứu do hiệu suất tách vận chuyển điện tích được cải thiện đáng kể và hiệu suất xúc tác quang. Theo các cơ chế chuyển giao khác nhau của các hạt mang điện được tạo ra từ quang điện giữa g‐C₃N₄ và các thành phần liên kết, các chất xúc tác quang dạng dị hợp dựa trên g‐C₃N₄ có thể được chia thành các loại sau: dị hợp loại II thông thường dựa trên g‐C₃N₄, dị hợp Z-scheme dựa trên g‐C₃N₄, dị hợp p-n dựa trên g‐C₃N₄, cấu trúc dị hợp g‐C₃N₄/kim loại, và cấu trúc dị hợp g‐C₃N₄/carbon. Bài báo này tổng hợp những tiến bộ quan trọng gần đây trong thiết kế các chất xúc tác quang dạng dị hợp dựa trên g‐C₃N₄ và các cơ chế tách/chuyển giao đặc biệt của các hạt mang điện được tạo ra từ quang điện. Hơn nữa, các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực môi trường và năng lượng, ví dụ như, tách nước, giảm carbon dioxide, và phân hủy các chất ô nhiễm cũng được xem xét. Cuối cùng, một số nhận xét kết luận và triển vọng về những thách thức và cơ hội để khám phá các chất xúc tác quang dạng dị hợp tiên tiến dựa trên g‐C₃N₄ được trình bày.

Các tế bào quang điện perovskite gốc organometal trihalide đã thể hiện hiệu suất cao nhất tính đến thời điểm hiện tại khi được tích hợp vào các hợp chất có cấu trúc trung gian. Tuy nhiên, các lớp phim rắn mỏng của vật liệu hấp thụ perovskite phải có khả năng hoạt động với hiệu suất cao nhất trong cấu hình dị hợp tầng phẳng đơn giản. Ở đây, hình thái của phim là một vấn đề quan trọng trong các tế bào quang điện CH₃NH₃PbI_3‐xCl_x. Hình thái được kiểm soát cẩn thận bằng cách thay đổi các điều kiện chế biến, và có thể nhận thấy rằng các dòng điện quang cao nhất chỉ đạt được khi có độ phủ bề mặt perovskite cao nhất. Với quá trình hình thành phim dựa trên dung dịch được tối ưu hóa, hiệu suất chuyển đổi năng lượng đạt tới 11,4%, đây là báo cáo đầu tiên về các hiệu suất trên 10% trong các tế bào quang điện perovskite được chế biến từ dung dịch hoàn toàn không có lớp xốp trung gian.