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Les coquilles de diatomées ressemblant à du verre aident à transformer la lumière en énergie dans des conditions sombres

Une nouvelle étude a révélé remark les coquilles vitreuses des diatomées aident ces organismes microscopiques à effectuer la photosynthèse dans des situations sombres. Une meilleure compréhension de la façon dont ces phytoplanctons récoltent et interagissent avec la lumière pourrait conduire à l’amélioration des cellules solaires, des dispositifs de détection et des composants optiques.

“Le modèle informatique et la boîte à outils que nous avons développés pourraient ouvrir la voie à des dispositifs optiques durables et manufacturables en masse et à des outils de collecte de lumière in addition efficaces basés sur des coquilles de diatomées”, a déclaré Santiago Bernal, membre de l’équipe de recherche de l’Université McGill au Canada. “Cela pourrait être utilisé pour des dispositifs biomimétiques de détection, de nouvelles technologies de télécommunications ou des moyens abordables de produire de l’énergie propre.”

Les diatomées sont des organismes unicellulaires présents dans la plupart des programs d’eau. Leurs coquilles sont couvertes de trous qui réagissent différemment à la lumière selon leur taille, leur espacement et leur configuration. Dans la revue Optical Materials Convey, les chercheurs, dirigés par David V. Plant et Mark Andrews de l’Université McGill, rapportent la première étude optique d’une coquille de diatomée entière. Ils ont analysé comment différentes sections de la coquille, ou frustule.

“Sur la foundation de nos découvertes, nous estimons que le frustule peut contribuer à une augmentation de 9. en particulier lors des transitions d’un ensoleillement élevé à faible”, a déclaré Yannick D’Mello, leading auteur de l’article. “Notre modèle est le premier à expliquer le comportement optique de l’ensemble du frustule. Ainsi.”

Combiner microscopie et simulation

Les diatomées ont évolué pendant des tens of millions d’années pour survivre dans n’importe quel environnement aquatique. Cela inclut leur coquille, qui est composée de nombreuses régions qui travaillent ensemble pour récolter la lumière du soleil. Pour étudier la réponse optique des frustules de diatomées, les chercheurs ont combiné des simulations optiques informatiques avec plusieurs methods de microscopie.

Les chercheurs ont commencé par imager l’architecture du frustule à l’aide de quatre techniques de microscopie à haute résolution : la microscopie optique à champ proche, la microscopie à power atomique, la microscopie électronique à balayage et la microscopie à fond noir. Ils ont ensuite utilisé ces visuals pour informer une série de modèles que les chercheurs ont construits pour analyser chaque partie du frustule by using des simulations 3D.

À l’aide de ces simulations, les chercheurs ont examiné remark les différentes couleurs de la lumière du soleil interagissaient avec les structures et ont identifié trois principaux mécanismes de collecte solaire  : la capture, la redistribution et la rétention.

“Nous avons utilisé différentes simulations et strategies de microscopie pour examiner chaque composant séparément”, a déclaré D’Mello. “Nous avons ensuite utilisé ces données pour construire une étude sur la façon dont la lumière interagit avec la framework, à partir du moment où elle est capturée, jusqu’à l’endroit où elle est distribuée après cela, combien de temps elle est conservée et jusqu’au moment où elle est probablement absorbée par la cellule..”

suggérant qu’elle aurait pu évoluer pour aider à capter la lumière du soleil. Les chercheurs ont également découvert que différentes régions du frustule pouvaient redistribuer la lumière à absorber à travers la cellule. Cela suggère que la coque a évolué pour maximiser l’exposition de la cellule à la lumière ambiante.

Le nouveau modèle de frustule pourrait permettre de cultiver des espèces de diatomées qui récoltent la lumière à différentes longueurs d’onde, leur permettant d’être personnalisées pour des apps spécifiques. “Ces mécanismes de collecte de lumière des diatomées pourraient être utilisés pour améliorer l’absorption des panneaux solaires en permettant à la lumière du soleil d’être collectée à as well as d’angles, supprimant ainsi partiellement la dépendance du panneau à faire directement experience au soleil”, a déclaré Bernal.

Les chercheurs travaillent maintenant à affiner leur modèle et prévoient d’appliquer leur nouvelle boîte à outils pour étudier d’autres espèces de diatomées. Après cela, ils prévoient d’étendre le modèle au-delà des interactions lumineuses au sein d’un seul frustule pour examiner les comportements entre plusieurs frustules.

Cette œuvre commémore Dan Petrescu, décédé l’année dernière. La recherche n’aurait pas été attainable sans sa perspicacité, son aide et son dévouement.