Журнал "Компьютерра" №727

Но, увы, все не так просто. Бактерии (точнее, архебактерии), синтезирующие углеводороды (прежде всего метан) из углекислоты, известны и используются давно. Загружаем в ферментер органику, перекрываем доступ кислороду. Одни микроорганизмы в ходе брожения выделяют углекислоту и водород, а другие (те самые метаногены) восстанавливают углекислый газ и производят метан. Что мешает интенсифицировать этот процесс?

Для деятельности бактерий, которые могут восстанавливать углекислоту, нужна восстановительная (например, водородная) среда. Даже небольшие количества кислорода непоправимо нарушат желаемый биохимический процесс. А ведь на самом деле, имея водород, можно уже не производить углеводороды, а сразу использовать его в качестве топлива. Так или иначе, на производство восстановителей нужно затратить энергию, которую необходимо сперва откуда-то взять. Вентер планирует какой-то иной способ снабжения бактерий энергией? И если да, то какой? Как ее будут получать - вероятно, не благодаря сжиганию нефти, а как-то иначе? А если эта энергия будет получена, не проще ли накопить ее в аккумуляторах электромобилей, чем тратить на сложный биохимический процесс, который, в силу второго начала термодинамики, пойдет со значительными потерями? А еще энергия нужна не только для восстановления углекислоты, но и для ее концентрации. В окружающей нас атмосфере содержатся доли процента углекислого газа и два десятка процентов кислорода. Как сконцентрировать сырье, убрав из предлагаемой бактериям газовой смеси нежеланный окислитель - кислород? В лабораторных условиях это сделать нетрудно, но затраты энергии на это превышают выгоду, которую можно получить в конечном счете. В общем, пока больше вопросов, нежели вразумительных ответов.

Вызывает сомнение и идея Вентера об использовании "генов самоубийства", которым предписано уничтожать вырвавшиеся на волю бактерии. При скорости размножения, свойственной этим организмам, мутация, дезактивирующая "ген самоубийства", будет найдена в короткие сроки. Кстати, похожие гены, вызывающие апоптоз (самоуничтожение клетки), встроены и в наши геномы. Увы, любая раковая опухоль - победа стремления клеток к неограниченному размножению и расселению над ограничениями встроенных в них генетических регуляторов.

Ну что ж, некоторые проблемы, с которыми столкнется бактериальная энергетика, мы назвали. Остается только позлорадствовать, ожидая крушения планов "Билла Гейтса от биотехнологии", как называют Крейга Вентера? Нет, пожелать ему успеха в реализации планов, от осуществления которых выиграет все человечество. А вдруг, несмотря на трудности, у него, как было уже не раз, все получится? ДШ

Да будет свет

Старую загадку о природе излучения кремниевых наночастиц удалось разгадать команде европейских ученых, координируемой из Института нанофизики и химии в Леувене (Leuven), Бельгия. Оказывается, главную роль здесь играют дефекты, а при их отсутствии в дело вступают квантовые размерные эффекты.

Как известно, кремний, прекрасно справляясь с ролью основного материала всей электронной индустрии, не способен эффективно излучать свет. И этот его недостаток сильно тормозит развитие фотоники и интеграцию оптических технологий в современные компьютеры. Для излучения приходится использовать другие полупроводники, что сильно усложняет и удорожает технологию производства чипов. Дело в том, что у кремния так называемая непрямая запрещенная зона между энергетическими уровнями валентных и свободных электронов, что не дает электрону просто перепрыгнуть с уровня на уровень, излучив при этом фотон. И все многочисленные попытки как-то обойти это свойство электронной структуры кремния пока не привели к ощутимым успехам.

Радужные надежды на простое решение проблемы возникли около пятнадцати лет назад, когда было открыто свечение пористого кремния. С тех пор не утихают жаркие споры о механизме этого явления. Позже интерес с пористых образцов плавно сместился на изучение кремниевых наночастиц, но ситуация яснее не стала, и все попытки методом научного тыка заставить наночастицы излучать достаточно эффективно пока оканчиваются пшиком.

Эксперименты, проведенные за эти годы несколькими научными группами, позволили выявить два основных механизма, которые могут отвечать за излучения. Дефекты в наночастицах способны искажать электронную структуру кремния и облегчать электронам переходы между энергетическими уровнями. Второй механизм излучения возникает благодаря тому, что размеры наночастиц сопоставимы с квантовой длиной волны электронов, что также изменяет энергетические уровни. Но что важнее? Спектр излучения дефектов и "поверхности" наночастиц очень похожи, и понять, что же на самом-то деле светит, долго не удавалось.