(PhysOrg.com) -- I ricercatori stanno creando un nuovo tipo di cella solare progettata per autoripararsi come i sistemi fotosintetici naturali nelle piante utilizzando nanotubi di carbonio e DNA, un approccio volto ad aumentare la vita utile e ridurre i costi.

"Abbiamo creato fotosistemi artificiali utilizzando nanomateriali ottici per raccogliere l'energia solare che viene convertita in energia elettrica, " disse Jong Hyun Choi, un assistente professore di ingegneria meccanica alla Purdue University.

Il design sfrutta le insolite proprietà elettriche di strutture chiamate nanotubi di carbonio a parete singola, usandoli come "fili molecolari in celle di raccolta della luce, " disse Choi, il cui gruppo di ricerca ha sede presso i centri Birck Nanotechnology e Bindley Bioscience presso il Discovery Park di Purdue.

"Penso che il nostro approccio offra una promessa per l'industrializzazione, ma siamo ancora nella fase di ricerca di base, " Egli ha detto.

Le celle fotoelettrochimiche convertono la luce solare in elettricità e utilizzano un elettrolita, un liquido che conduce elettricità, per trasportare gli elettroni e creare la corrente. Le cellule contengono coloranti che assorbono la luce chiamati cromofori, molecole simili alla clorofilla che si degradano a causa dell'esposizione alla luce solare.

"Lo svantaggio critico delle celle fotoelettrochimiche convenzionali è questa degradazione, " disse Choi.

La nuova tecnologia supera questo problema proprio come fa la natura:sostituendo continuamente i coloranti foto-danneggiati con quelli nuovi.

"Questa sorta di autorigenerazione si fa nelle piante ogni ora, " disse Choi.

Il nuovo concetto potrebbe rendere possibile un tipo innovativo di cella fotoelettrochimica che continua a funzionare a pieno regime indefinitamente, purché vengano aggiunti nuovi cromofori.

I risultati sono stati dettagliati in una presentazione di novembre durante l'International Mechanical Engineering Congress and Exhibition a Vancouver. Il concetto è stato anche svelato in un articolo online apparso sul sito Web di SPIE, una società internazionale di ottica e fotonica.

Il discorso e l'articolo sono stati scritti da Choi, studenti di dottorato Benjamin A. Baker e Tae-Gon Cha, e studenti universitari M. Dane Sauffer e Yujun Wu.

I nanotubi di carbonio funzionano come una piattaforma per ancorare i filamenti di DNA. Il DNA è progettato per avere sequenze specifiche di elementi costitutivi chiamati nucleotidi, consentendo loro di riconoscere e attaccarsi ai cromofori.

"Il DNA riconosce le molecole di colorante, e quindi il sistema si autoassembla spontaneamente, "Choi ha detto

Quando i cromofori sono pronti per essere sostituiti, potrebbero essere rimossi utilizzando processi chimici o aggiungendo nuovi filamenti di DNA con diverse sequenze nucleotidiche, dando il via alle molecole di colorante danneggiate. Verrebbero quindi aggiunti nuovi cromofori.

Due elementi sono fondamentali per la tecnologia per imitare il meccanismo di autoriparazione della natura:riconoscimento molecolare e metastabilità termodinamica, o la capacità del sistema di essere continuamente dissolto e riassemblato.

La ricerca è un'estensione del lavoro a cui Choi ha collaborato con i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology e dell'Università dell'Illinois. Il lavoro precedente utilizzava cromofori biologici prelevati da batteri, e i risultati sono stati dettagliati in un documento di ricerca pubblicato a novembre sulla rivista Chimica della natura .

Però, l'uso di cromofori naturali è difficile, e devono essere raccolti e isolati dai batteri, un processo che sarebbe costoso da riprodurre su scala industriale, disse Choi.

"Quindi, invece di usare cromofori biologici, vogliamo usare quelli sintetici fatti di coloranti chiamati porfirine, " Egli ha detto.