miércoles, 3 de abril de 2013

Célula solar que consiste en una sola molécula




En la Universidad Técnica de Munich y la Universidad de Tel Aviv un grupo de científicos desarrollaron un método para medir las fotocorrientes de un único sistema funcionalizado de proteínas fotosintéticas. En el sistema se pudo demostrar que dicho sistema es capaz de integrarse y dirigirse de forma selectiva en arquitecturas de dispositivos fotovoltaicos artificiales conservando sus propiedades funcionales biomoleculares. Esto ocurre debido a que las proteínas actúan como bombas de electrones de una sola molécula inducidas por la luz y altamente eficientes, capaces de actuar como generadores de corriente en los circuitos eléctricos a escala nanométrica.
Se investigó que el centro de reacción del fotosistema-I es un complejo de proteína de clorofila localizado en las membranas de los cloroplastos de las cianobacterias. Las plantas, las algas y las bacterias utilizan la fotosíntesis para convertir la energía solar en energía química. Las etapas iniciales de este proceso en las que se absorbe la luz y se transfieren la energía y los electrones están mediadas por proteínas fotosintéticas compuestas de complejos de carotenoides y clorofila. Hasta ahora, ninguno de los métodos disponibles eran lo suficientemente sensibles como para medir las fotocorrientes generadas por una sola proteína El fotosistema-I exhibe excelentes propiedades optoelectrónicas que sólo se encuentran en los sistemas fotosintéticos. La dimensión de la nanoescala, además, hace del fotosistema-I una unidad prometedora para las aplicaciones en la optoelectrónica molecular.
El primer reto que los físicos tuvieron que amo fue el desarrollo de un método para ponerse en contacto eléctricamente moléculas individuales en fuertes campos ópticos. El elemento central del nanodispositivo son las proteínas fotosintéticas auto-ensamblado y unido covalentemente a un electrodo de oro a través de grupos de mutaciones de cisteína. La fotocorriente se midió por medio de una punta de vidrio recubierto de oro empleado en una exploración de campo cercano. Las proteínas fotosintéticas son ópticamente excitadas por un flujo de fotones guiado a través de la punta tetraédrica que al mismo tiempo proporciona el contacto eléctrico. Con esta técnica, los físicos fueron capaces de controlar la fotocorriente generada en las unidades individuales de la proteína.
El equipo interdisciplinario publicó los resultados en la revista Nature Nanotechnology, bajo el título "Photocurrent of a single photosynthetic protein"


Fotosistema-I (verde) es ópticamente excitado por un electrodo (en la parte superior). Un electrón es transferido a continuación, paso a paso, en sólo 16 nanosegundos. (Ilustración: Christoph Hohmann, Nanosistemas Iniciativa de Munich (NIM))

La investigación fue apoyada por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) a través del SPP 1243 (subvenciones HO 3324/2 y RE 2592/2), la excelencia Clusters Munich Centro para la Fotónica avanzada y Nanosistemas Iniciativa de Munich, así como ERC Advanced GrantMolArt (no . 47299).

Fuentes: 
  • http://www.nanowerk.com/news2/newsid=26855.php#ixzz2PQ37FyqS 
  • Munich-Centre for Advanced Fotónica

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