A medida que el mundo lucha por satisfacer la creciente demanda de energía, junto con los niveles crecientes de CO 2 en la atmósfera debido a la deforestación y al uso de combustibles fósiles, la fotosíntesis en la naturaleza simplemente no puede seguir el ritmo del ciclo del carbono. Pero, ¿qué pasaría si pudiéramos ayudar al ciclo natural del carbono aprendiendo de la fotosíntesis para generar nuestras propias fuentes de energía que no lo hicieron?t generar CO 2 ? La fotosíntesis artificial hace exactamente eso, aprovecha la energía del sol para generar combustible de manera que minimice el CO 2 producción
En un artículo reciente publicado en el Revista de la Sociedad Americana de Química JACS , un equipo de investigadores dirigido por Hao Yan, Yan Liu y Neal Woodbury, de la Escuela de Ciencias Moleculares y Centro de Biodiseño para Diseño Molecular y Biomimética de la Universidad Estatal de Arizona, informa un progreso significativo en la optimización de sistemas que imitan la primera etapa de la fotosíntesis,capturando y aprovechando la energía de la luz del sol.
Recordando lo que aprendimos en la clase de biología, el primer paso en la fotosíntesis en una hoja de la planta es la captura de energía de la luz por las moléculas de clorofila. El siguiente paso es transferir eficientemente esa energía de la luz a la parte del centro de reacción fotosintética donde la luz funcionala química se lleva a cabo. Este proceso, llamado transferencia de energía, ocurre eficientemente en la fotosíntesis natural en el complejo de antenas. Al igual que la antena de una radio o un televisor, el trabajo del complejo de antenas fotosintéticas es reunir la energía de luz absorbida y canalizarla hacia ellugar correcto. ¿Cómo podemos construir nuestros propios "complejos de antenas de transferencia de energía", es decir, estructuras artificiales que absorben la energía de la luz y la transfieren a distancia a donde se puede usar?
"La fotosíntesis ha dominado el arte de recolectar energía de la luz y moverla a distancias sustanciales al lugar correcto para que tenga lugar la química impulsada por la luz. El problema con los complejos naturales es que son difíciles de reproducir desde una perspectiva de diseño; nosotrospodemos usarlos tal como están, pero queremos crear sistemas que sirvan a nuestros propios fines ", dijo Woodbury." Al usar algunos de los mismos trucos que la Naturaleza, pero en el contexto de una estructura de ADN que podemos diseñar con precisión, superamosesta limitación, y permite la creación de sistemas de recolección de luz que transfieren eficientemente la energía de la luz donde la deseamos ".
El laboratorio de Yan ha desarrollado una forma de utilizar el ADN para autoensamblar estructuras que pueden servir como plantillas para ensamblar complejos moleculares con un control casi ilimitado sobre el tamaño, la forma y la función. Utilizando arquitecturas de ADN como plantilla, los investigadores pudieron agregar tintemoléculas en estructuras que capturaron y transfirieron energía a decenas de nanómetros con una pérdida de eficiencia de <1% por nanómetro. De esta manera, los agregados de tinte imitan la función del complejo de antenas a base de clorofila en la fotosíntesis natural al transferir eficientemente la energía de la luz a largas distanciasdesde el lugar donde se absorbe y el lugar donde se utilizará.
Para estudiar más a fondo los complejos de captación de luz biomimética basados en nanoestructuras de ADN colorante autoensambladas, Yan, Woodbury y Lin han recibido una subvención del Departamento de Energía DOE. En trabajos previos financiados por el DOE, Yan y su equipo demostraronUtilidad del ADN para servir como plantilla programable para agregar tintes. Para construir sobre estos hallazgos, utilizarán los principios fotónicos que subyacen a los complejos de captación de luz natural para construir estructuras programables basadas en el autoensamblaje del ADN, que proporciona la plataforma flexible necesaria para eldiseño y desarrollo de sistemas fotónicos moleculares complejos.
"Es genial ver que el ADN puede programarse como una plantilla de andamiaje para imitar las antenas de recolección de luz de la Naturaleza para transferir energía a esta larga distancia", dijo Yan. "Esta es una gran demostración del resultado de la investigación de un equipo altamente interdisciplinario".
Los resultados potenciales de esta investigación podrían revelar nuevas formas de capturar energía y transferirla a distancias más largas sin pérdida neta. A su vez, el impacto de esta investigación podría marcar el camino para diseñar sistemas de conversión de energía más eficientes que reduzcan nuestra dependencia de los fósilescombustibles
"Estaba encantado de participar en esta investigación y de poder construir sobre un trabajo a largo plazo extendido a algunas colaboraciones muy fructíferas con científicos e ingenieros en Eastman Kodak y la Universidad de Rochester", dijo David G. Whitten de laUniversidad de Nuevo México, Departamento de Ingeniería Química y Biológica. "Esta investigación incluyó el uso de sus cianinas para formar conjuntos agregados donde se produce una transferencia de energía de largo alcance entre un agregado de cianina donante y un aceptador".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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