(PhysOrg.com) - Los investigadores están creando un nuevo tipo de célula solar diseñada para autorrepararse como sistemas fotosintéticos naturales en plantas mediante el uso de nanotubos de carbono y ADN. un enfoque destinado a aumentar la vida útil y reducir los costos.

"Hemos creado fotosistemas artificiales utilizando nanomateriales ópticos para recolectar energía solar que se convierte en energía eléctrica, "dijo Jong Hyun Choi, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Purdue.

El diseño aprovecha las inusuales propiedades eléctricas de estructuras llamadas nanotubos de carbono de pared simple, usándolos como "alambres moleculares en células recolectoras de luz, "dijo Choi, cuyo grupo de investigación se basa en los centros Birck Nanotechnology y Bindley Bioscience en Purdue's Discovery Park.

"Creo que nuestro enfoque es prometedor para la industrialización, pero todavía estamos en la etapa de investigación básica, " él dijo.

Las células fotoelectroquímicas convierten la luz solar en electricidad y utilizan un electrolito, un líquido que conduce la electricidad, para transportar electrones y crear la corriente. Las células contienen tintes que absorben la luz llamados cromóforos, moléculas similares a la clorofila que se degradan debido a la exposición a la luz solar.

"La desventaja crítica de las células fotoelectroquímicas convencionales es esta degradación, "Dijo Choi.

La nueva tecnología supera este problema tal como lo hace la naturaleza:reemplazando continuamente los tintes fotodañados por otros nuevos.

"Este tipo de autorregeneración se realiza en las plantas cada hora, "Dijo Choi.

El nuevo concepto podría hacer posible un tipo innovador de celda fotoelectroquímica que continúe operando a plena capacidad de manera indefinida, siempre que se agreguen nuevos cromóforos.

Los hallazgos se detallaron en una presentación de noviembre durante el Congreso y Exposición Internacional de Ingeniería Mecánica en Vancouver. El concepto también se dio a conocer en un artículo en línea que aparece en el sitio web de SPIE, una sociedad internacional de óptica y fotónica.

La charla y el artículo fueron escritos por Choi, los estudiantes de doctorado Benjamin A. Baker y Tae-Gon Cha, y los estudiantes de pregrado M. Dane Sauffer y Yujun Wu.

Los nanotubos de carbono funcionan como una plataforma para anclar hebras de ADN. El ADN está diseñado para tener secuencias específicas de bloques de construcción llamados nucleótidos, permitiéndoles reconocer y adherirse a los cromóforos.

"El ADN reconoce las moléculas de tinte, y luego el sistema se autoensambla espontáneamente, "Choi dijo

Cuando los cromóforos estén listos para ser reemplazados, pueden eliminarse mediante procesos químicos o añadiendo nuevas hebras de ADN con diferentes secuencias de nucleótidos, pateando las moléculas de tinte dañadas. Luego se agregarían nuevos cromóforos.

Dos elementos son fundamentales para que la tecnología imite el mecanismo de autorreparación de la naturaleza:el reconocimiento molecular y la metaestabilidad termodinámica. o la capacidad del sistema para ser disuelto y reensamblado continuamente.

La investigación es una extensión del trabajo en el que Choi colaboró ​​con investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Illinois. El trabajo anterior utilizó cromóforos biológicos extraídos de bacterias, y los hallazgos se detallaron en un artículo de investigación publicado en noviembre en la revista Química de la naturaleza .

Sin embargo, usar cromóforos naturales es difícil, y deben recolectarse y aislarse de las bacterias, un proceso que sería costoso de reproducir a escala industrial, Choi dijo.

"Entonces, en lugar de utilizar cromóforos biológicos, queremos utilizar sintéticos hechos de tintes llamados porfirinas, " él dijo.