La fotosíntesis permite a las plantas convertir la luz en energía química. Utilizar este proceso para producir energía eléctrica es un objetivo de investigación en todo el mundo. Ahora, un equipo de científicos de la Technische Universitaet Muenchen y la Universidad de Tel Aviv ha logrado derivar y medir directamente la corriente fotoeléctrica generada por moléculas individuales del fotosistema I.

Un equipo de científicos dirigido por Joachim Reichert, Johannes Barth, y Alexander Holleitner (Technische Universitaet Muenchen), e Itai Carmeli (Universidad de Tel Aviv) desarrollaron un método para medir las fotocorrientes de un único sistema proteico fotosintético funcionalizado. Los científicos pudieron demostrar que dicho sistema se puede integrar y abordar de forma selectiva en arquitecturas de dispositivos fotovoltaicos artificiales conservando sus propiedades funcionales biomoleculares. Las proteínas representan impulsadas por la luz, Bombas de electrones de una sola molécula altamente eficientes que pueden actuar como generadores de corriente en circuitos eléctricos a nanoescala. El equipo interdisciplinario publica los resultados en Nanotecnología de la naturaleza esta semana.

El científico investigó el centro de reacción del fotosistema I, que es un complejo de proteínas de clorofila ubicado en las membranas de los cloroplastos de las cianobacterias. Plantas las algas y las bacterias utilizan la fotosíntesis para convertir la energía solar en energía química. Las etapas iniciales de este proceso, donde se absorbe la luz y se transfieren la energía y los electrones, están mediadas por proteínas fotosintéticas compuestas por complejos de clorofila y carotenoides. Hasta ahora, Ninguno de los métodos disponibles fue lo suficientemente sensible para medir las fotocorrientes generadas por una sola proteína. El fotosistema-I exhibe propiedades optoelectrónicas sobresalientes que solo se encuentran en los sistemas fotosintéticos. La dimensión a nanoescala hace que el fotosistema-I sea una unidad prometedora para aplicaciones en optoelectrónica molecular.

El primer desafío que los físicos tuvieron que dominar fue el desarrollo de un método para contactar eléctricamente moléculas individuales en campos ópticos intensos. El elemento central del nanodispositivo realizado son proteínas fotosintéticas autoensambladas y unidas covalentemente a un electrodo de oro a través de grupos de mutación de cisteína. La fotocorriente se midió por medio de una punta de vidrio recubierta de oro empleada en una configuración de microscopía óptica de campo cercano de barrido. Las proteínas fotosintéticas son excitadas ópticamente por un flujo de fotones guiado a través de la punta tetraédrica que al mismo tiempo proporciona el contacto eléctrico. Con esta técnica, los físicos pudieron monitorear la fotocorriente generada en unidades de proteína individuales.