(PhysOrg.com) - Nuestros intentos de utilizar energía solar siguen siendo muy ineficaces; los verdaderos maestros de este oficio son las plantas fotosintéticas, algas, y bacterias. La ciencia está tratando de emular estos organismos.

Igor Nabiev del Centro de Investigación NanoGUNE de San Sebastián (España), Alexander O. Govorov de la Universidad de Ohio (EE. UU.), John Donegan de CRANN, Trinity College de Dublín (Irlanda), y un equipo de españoles, Irlandesa, Francés, y los científicos rusos han desarrollado ahora un nuevo enfoque para aumentar la eficiencia de la luz. Como informan en la revista Angewandte Chemie, equiparon con éxito el centro fotosintético de una bacteria púrpura con una “antena de captación de luz” que consiste en un punto cuántico, un nanocristal inorgánico.

En organismos, el primer paso de la fotosíntesis es la absorción de luz por una antena, un complejo de proteínas y pigmentos que se pone en un estado excitado electrónicamente por la energía de la luz. El paquete de energía se puede pasar luego a cofactores de clorofila especiales en el centro de reacción del aparato fotosintético. Allí, la energía finalmente se utiliza para producir reservas de energía celular como el ATP. La transmisión de los paquetes de energía se produce a través de un proceso especial libre de radiación llamado transferencia de energía de resonancia de Förster (FRET), en el que los estados electrónicos del emisor y receptor de los paquetes de energía deben ponerse en resonancia.

Los sistemas fotosintéticos artificiales también requieren una antena para la recolección eficiente de luz. La antena también debe poder pasar los paquetes de energía a través de FRET. Las antenas sintéticas anteriores eran moléculas de colorante orgánico, que tienen la desventaja de capturar un rango demasiado pequeño de longitudes de onda de la luz solar. Es más, no son estables bajo irradiación prolongada. La nueva idea en este caso fue reemplazar las moléculas orgánicas con puntos cuánticos inorgánicos fluorescentes como antenas. Los puntos cuánticos son cristales nanoscópicos que son tan pequeños que en muchos aspectos se comportan como moléculas en lugar de como objetos macroscópicos sólidos. Las propiedades electrónicas y ópticas de los puntos cuánticos, incluyendo las longitudes de onda que absorben, se puede hacer en gran medida por encargo, porque estos dependen del tamaño, forma, y composición del punto.

Los investigadores optaron por utilizar puntos cuánticos hechos de telururo de cadmio y seleniuro de cadmio, que emiten fluorescencia bajo irradiación mientras permanecen estables a largo plazo. El tamaño y la composición de la superficie se seleccionaron para que pudieran absorber una gama particularmente amplia de luz solar.

Los investigadores pudieron acoplar la antena de puntos cuánticos a un centro de reacción del sistema fotosintético de una bacteria púrpura. Bajo irradiación, los puntos cuánticos ya no emiten fluorescencia; en su lugar, pasan la energía absorbida al centro de reacción a través de FRET. Este nuevo enfoque puede despejar el camino hacia nuevos sistemas fotosintéticos sintéticos.