Dada la naturaleza finita de las reservas de combustibles fósiles y los devastadores impactos ambientales de depender de los combustibles fósiles, el desarrollo de fuentes de energía limpia es uno de los desafíos más urgentes que enfrenta la civilización industrial moderna. La energía solar es una opción atractiva de energía limpia, pero la implementación a gran escala de las tecnologías de energía solar dependerá del desarrollo de formas eficientes de convertir la energía luminosa en energía química.

Como muchos otros grupos de investigación, los miembros del equipo de investigación del profesor Takehisa Dewa en el Instituto de Tecnología de Nagoya en Japón han recurrido a aparatos biológicos fotosintéticos, que son, en palabras del profesor Dewa, a la vez "una fuente de inspiración y un objetivo para probar formas de mejorar la eficiencia de los sistemas artificiales". Específicamente, eligieron centrarse en la bacteria fotosintética púrpura Rhodopseudomonas palustris, que utiliza un complejo de núcleo de centro de 1 reacción biohíbrido de captación de luz (LH1-RC) para capturar la energía de la luz y convertirla en energía química.

En sus estudios iniciales de R. palustris, El grupo del profesor Dewa notó rápidamente que el sistema LH1-RC tiene ciertas limitaciones, como solo poder recolectar energía luminosa de manera eficiente dentro de una banda de longitud de onda relativamente estrecha debido a su dependencia de (bacterio) clorofilas, un solo conjunto de pigmentos orgánicos de captación de luz (B875, nombrado por su máxima absorción). Para superar esta limitación, los investigadores, en asociación con colaboradores de la Universidad de Osaka y la Universidad de Ritsumeikan, experimentó con la vinculación covalente del sistema LH1-RC a un conjunto de fluoróforos (Alexa647, Alexa680, Alexa750, y ATTO647N). Los resultados de sus experimentos aparecen en un artículo publicado en un número reciente de la Revista de fotoquímica y fotobiología A:Química .

Habiendo sintetizado su sistema LH1-RC modificado, El equipo del Prof. Dewa utilizó un método llamado "espectroscopia de absorción transitoria de femtosegundos" para confirmar la presencia de una transferencia ultrarrápida de "energía de excitación" de los fluoróforos a los pigmentos de la bacterioclorofila a en el ensamblaje B875. También confirmaron la posterior aparición de reacciones de 'separación de carga', un paso clave en la recolección de energía. Como era de esperar, la tasa de transferencia de energía de excitación aumentó con una mayor superposición espectral entre las bandas de emisión de los fluoróforos y la banda de absorción de B875. La unión de los fluoróforos captadores de luz externos impulsó el rendimiento máximo de la enzima de separación de carga y la actividad de generación de fotocorriente en un electrodo dentro de un sistema de bicapa lipídica artificial.

Al introducir fluoróforos unidos covalentemente en una enzima fotosintética bacteriana, El equipo del profesor Dewa logró ampliar la banda de la enzima de longitudes de onda de luz cosechables. Esta es una mejora importante dada la densidad de energía extremadamente baja de la luz solar. "Este hallazgo podría allanar el camino para desarrollar un sistema de fotosíntesis artificial eficiente para la conversión de energía solar, ", señala el profesor Dewa." La investigación sobre biohíbridos debería proporcionar información sobre el desarrollo de sistemas de conversión de energía implementables, dando así a la civilización moderna avanzada una opción práctica para acceder a un suministro inagotable de energía solar limpia, " él añade.

Los sistemas de conversión de energía en cuestión pueden adoptar muchas formas, incluyendo varios nanomateriales, como puntos cuánticos y materiales nanocarbonados, pero una característica unificadora será la necesidad de alguna forma de conectar un aparato de captación de luz de amplio espectro a un aparato de generación de fotocorriente, y el sistema de tipo biohíbrido desarrollado por el equipo del Prof. Dewa proporciona un medio viable para abordar esta necesidad.