Gli scienziati della National Research Nuclear University MEPhI (Russia) hanno creato un nuovo tipo di pannello solare basato su materiale ibrido costituito da punti quantici (QD) e proteine ​​fotosensibili. I creatori ritengono che abbia un grande potenziale per l'energia solare e l'informatica ottica.

I risultati dello studio MEPhI sono stati pubblicati in Biosensori e Bioelettronica .

proteine ​​archeali di organismi unicellulari, batteriorodopsina, può convertire l'energia della luce nell'energia dei legami chimici (come la clorofilla nelle piante). Ciò si verifica a causa del trasferimento di una carica positiva attraverso la membrana cellulare. La batteriorodopsina agisce come una pompa protonica, che lo rende un elemento naturale pronto all'uso del pannello solare.

Una differenza chiave tra batteriorodopsina e clorofilla è la sua capacità di funzionare senza ossigeno, permettendo agli archei di vivere in ambienti molto aggressivi come le profondità del Mar Morto. Questa capacità ha portato evolutivamente alla loro elevata chimica, termico, e stabilità ottica. Allo stesso tempo, pompando protoni, la batteriorodopsina cambia colore molte volte in un miliardesimo di secondo. Questo è il motivo per cui è un materiale promettente per la creazione di unità di elaborazione olografiche.

Gli scienziati di MEPhI sono stati in grado di migliorare significativamente le proprietà della batteriorodopsina legandola a punti quantici (QD), nanoparticelle di semiconduttori in grado di concentrare l'energia luminosa su una scala di pochi nanometri e trasmetterla alla batteriorodopsina senza emettere luce.

"Abbiamo creato un sistema altamente efficiente, cella fotosensibile funzionante che genera corrente elettrica convertendo la luce in condizioni di eccitazione fotonica molto bassa. In condizioni normali, una tale cella non funziona perché le molecole fotosensibili come la batteriorodopsina assorbono efficacemente la luce solo in un intervallo di energia molto ristretto. Ma i punti quantici lo fanno in un intervallo molto ampio e possono persino convertire due fotoni a energia inferiore in un fotone ad alta energia come se li impilassero, " un ricercatore del MEPhI e uno degli autori dello studio, ha detto Viktor Krivenkov.

Secondo il ricercatore, creare le condizioni per la radiazione di fotoni ad alta energia, un punto quantico può non irradiarlo ma piuttosto trasmetterlo alla batteriorodopsina. Così, Gli scienziati MEPhI hanno progettato una cella in grado di funzionare sotto l'irradiazione dal vicino infrarosso alle regioni ultraviolette dello spettro ottico.

"Utilizziamo un approccio interdisciplinare all'intersezione tra chimica, biologia, fisica delle particelle e fotonica. I punti quantici sono prodotti utilizzando metodi di sintesi chimica, poi vengono ricoperti da molecole che rendono la loro superficie contemporaneamente biocompatibile e carica, dopo di che si legano alla superficie della batteriorodopsina archea, contenente membrane viola di Halobacterium salinarum. Di conseguenza, abbiamo ottenuto complessi ibridi con efficienza molto alta (circa 80%) di trasferimento dell'energia di eccitazione dai punti quantici alla batteriorodopsina, " il principale scienziato del MEPhI Nano-Bioengineering Laboratory, ha detto Igor Nabiev.

Secondo i ricercatori, i risultati ottenuti mostrano il potenziale per la creazione di elementi fotosensibili altamente efficaci basati su biostrutture. Possono essere usati, non solo per fornire energia solare, ma anche nell'informatica ottica.

Gli autori hanno sottolineato l'altissima qualità del materiale nanostrutturato bioibrido e la prospettiva di superare i migliori campioni commerciali con un possibile aumento dell'efficienza di un margine sostanziale. Il prossimo obiettivo del team di ricerca in questa direzione è ottimizzare la struttura della cellula fotosensibile.