Los científicos diseñaron y conectaron dos células artificiales diferentes entre sí para producir moléculas llamadas ATP (trifosfato de adenosina). El ATP es la unidad fundamental que todos los seres vivos utilizan para transportar y proporcionar energía para ejecutar procesos en las células. Los científicos desarrollaron un grupo de células artificiales que genera protones cuando se expone a la luz. También desarrollaron diferentes células artificiales que contienen una enzima que puede usar estos protones para generar ATP. Luego, el equipo conectó los dos tipos de células.

Este diseño de célula artificial utiliza pequeñas varillas (nanobarras) hechas de plata y oro para crear una pared celular biológica similar a las de la naturaleza. Estos bastones contrastan con los lípidos (como las grasas y los ácidos grasos) que utilizan las células biológicas para formar paredes celulares. Estas nanobarras responden a la luz de una manera que acelera la rapidez con que ciertas proteínas pueden producir protones.

Los esfuerzos recientes para fabricar células artificiales tienen membranas llenas de nanopartículas y ensambladas en una cápsula coloidal. La sustancia de la membrana en sí misma ofrece ventajas que incluyen poros sintonizables a través de los cuales pueden pasar los iones. Sin embargo, el material de la membrana también puede influir en los procesos inherentes de interés dentro de las células artificiales.

Publicado en Edición internacional Angewandte Chemie , el estudio, "Protocélulas sintéticas reguladas por luz para la generación de gradientes quimiosmóticos mejorada con plasmón y síntesis de ATP" se diseñó para desarrollar una comprensión de tales efectos. Investigadores del Centro de Materiales a Nanoescala del Laboratorio Nacional de Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, crearon células artificiales sensibles a la luz utilizando los llamados materiales plasmónicos –nanosistemas que pueden interactuar con la luz de formas únicas– para las cápsulas coloidales.

Además, se utiliza una proteína activada por luz para impulsar un proceso de síntesis fotoactivado. Las células artificiales tienen un coloide lleno de nanobarras de plata y oro (Au-Ag) que se autoensamblan en cápsulas. Es más, las nanovarillas de Au-Ag alcanzan una resonancia de plasmón bajo ciertas condiciones de luz. La proteína bacteriorrodopsina activada por luz se unió luego a la superficie de la cápsula.

Se eligió la bacteriorrodopsina por su capacidad para transportar protones a través de una membrana bajo iluminación. La bacteriorrodopsina captura la energía luminosa, usa esa energía para bombear protones a través de la membrana, y convierte las diferencias en las concentraciones de protones en energía química.

El potencial celular de este diseño se demostró aún más aprovechando los protones como "señales químicas" para desencadenar la biosíntesis de ATP en una población de células artificiales coexistentes. En total, las células artificiales funcionan de manera consistente con los objetivos del diseño. La amplia resonancia de plasmón de las cápsulas coloidales de Au-Ag mejoró la probabilidad de fotorreacción por la proteína activada por luz, creando así una nueva "protocélula" sintética controlable por luz.

El modelo de protocélula sintética ofrece oportunidades para desarrollar sistemas alternativos de conversión de energía solar a química.