Data la natura limitata delle riserve di combustibili fossili e gli impatti ambientali devastanti del ricorso ai combustibili fossili, lo sviluppo di fonti energetiche pulite è tra le sfide più urgenti che la moderna civiltà industriale deve affrontare. L'energia solare è un'interessante opzione di energia pulita, ma l'implementazione su vasta scala delle tecnologie dell'energia solare dipenderà dallo sviluppo di metodi efficienti per convertire l'energia luminosa in energia chimica.

Come molti altri gruppi di ricerca, i membri del gruppo di ricerca del professor Takehisa Dewa al Nagoya Institute of Technology in Giappone si sono rivolti agli apparati fotosintetici biologici, quali sono, nelle parole del Prof. Dewa, sia "una fonte di ispirazione e un obiettivo per testare modi per migliorare l'efficienza dei sistemi artificiali". Nello specifico, hanno scelto di concentrarsi sul batterio fotosintetico viola Rhodopseudomonas palustris, che utilizza un complesso centrale bioibrido a 1 reazione (LH1-RC) per catturare l'energia luminosa e convertirla in energia chimica.

Nei loro studi iniziali su R. palustris, Il gruppo del Prof. Dewa ha rapidamente notato che il sistema LH1-RC ha alcune limitazioni, come essere in grado di raccogliere energia luminosa in modo efficiente solo entro una banda di lunghezza d'onda relativamente stretta a causa della sua dipendenza dalle (batteri) clorofille, un singolo assemblaggio di pigmenti organici che raccolgono la luce (B875, chiamato per il suo massimo di assorbimento). Per superare questo limite, i ricercatori, in collaborazione con i collaboratori dell'Università di Osaka e dell'Università di Ritsumeikan, ha sperimentato il collegamento covalente del sistema LH1-RC a una serie di fluorofori (Alexa647, Alexa680, Alexa750, e ATTO647N). I risultati dei loro esperimenti appaiono in un articolo pubblicato in un recente numero del Journal of Photochemistry &Photobiology A:Chimica .

Dopo aver sintetizzato il loro sistema LH1-RC modificato, Il team del Prof. Dewa ha utilizzato un metodo chiamato "spettroscopia di assorbimento transitorio a femtosecondi" per confermare la presenza di un trasferimento ultraveloce di "energia di eccitazione" dai fluorofori ai pigmenti della batterioclorofilla a nell'assieme B875. Hanno anche confermato il successivo verificarsi di reazioni di "separazione di carica", un passo fondamentale nella raccolta di energia. Non sorprende, la velocità di trasferimento dell'energia di eccitazione aumenta con una maggiore sovrapposizione spettrale tra le bande di emissione dei fluorofori e la banda di assorbimento di B875. Il collegamento dei fluorofori esterni per la raccolta della luce ha potenziato la resa massima dell'enzima di separazione di carica e attività di generazione di fotocorrente su un elettrodo all'interno di un sistema a doppio strato lipidico artificiale.

Introducendo fluorofori legati covalentemente in un enzima fotosintetico batterico, Il team del Prof. Dewa è riuscito ad ampliare la banda dell'enzima di lunghezze d'onda della luce raccoglibili. Questo è un miglioramento importante data la densità energetica estremamente bassa della luce solare. "Questa scoperta potrebbe aprire la strada allo sviluppo di un efficiente sistema di fotosintesi artificiale per la conversione dell'energia solare, " osserva il Prof. Dewa. "La ricerca sui bioibridi dovrebbe fornire approfondimenti sullo sviluppo di sistemi di conversione dell'energia implementabili, dando così alla civiltà moderna avanzata un'opzione pratica per accedere a una fornitura inesauribile di energia solare pulita, " Aggiunge.

I sistemi di conversione dell'energia in questione possono assumere molte forme, compresi vari nanomateriali, come punti quantici e materiali nanocarbonici, ma una caratteristica unificante sarà la necessità di un modo per imbrigliare un apparato di raccolta della luce ad ampio spettro a un apparato che genera fotocorrente, e il sistema di tipo bioibrido sviluppato dal team del Prof. Dewa fornisce un mezzo fattibile per affrontare questa esigenza.