Científicos de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear MEPhI (Rusia) han creado un nuevo tipo de panel solar basado en material híbrido que consiste en puntos cuánticos (QD) y proteína fotosensible. Los creadores creen que tiene un gran potencial para la energía solar y la computación óptica.

Los resultados del estudio MEPhI se publicaron en Biosensores y bioelectrónica .

Proteínas arqueales de organismos unicelulares, bacteriorrodopsina, puede convertir la energía de la luz en energía de enlaces químicos (como la clorofila en las plantas). Esto ocurre debido a la transferencia de una carga positiva a través de la membrana celular. La bacteriorrodopsina actúa como una bomba de protones, lo que lo convierte en un elemento natural del panel solar listo para usar.

Una diferencia clave entre la bacteriorrodopsina y la clorofila es su capacidad para funcionar sin oxígeno, permitiendo que las arqueas vivan en entornos muy agresivos como las profundidades del Mar Muerto. Esta habilidad ha llevado evolutivamente a su alto contenido químico, térmico, y estabilidad óptica. Al mismo tiempo, bombeando protones, la bacteriorrodopsina cambia de color muchas veces en una milmillonésima de segundo. Por eso es un material prometedor para la creación de unidades de procesamiento holográfico.

Los científicos de MEPhI han podido mejorar significativamente las propiedades de la bacteriorrodopsina uniéndola a puntos cuánticos (QD), nanopartículas semiconductoras capaces de concentrar energía luminosa en una escala de unos pocos nanómetros y transmitirla a bacteriorrodopsina sin emitir luz.

"Hemos creado un sistema altamente eficiente célula fotosensible operativa que genera corriente eléctrica al convertir la luz bajo una excitación de fotones muy baja. Bajo condiciones normales, una célula así no funciona porque las moléculas fotosensibles como la bacteriorrodopsina absorben la luz de forma eficaz sólo en un rango de energía muy estrecho. Pero los puntos cuánticos hacen esto en un rango muy amplio e incluso pueden convertir dos fotones de menor energía en un fotón de alta energía como si los apilaran. "investigador del MEPhI y uno de los autores del estudio, Viktor Krivenkov dijo.

Según el investigador, creando condiciones para la radiación de fotones de alta energía, es posible que un punto cuántico no lo irradie, sino que lo transmita a la bacteriorrodopsina. Por lo tanto, Los científicos de MEPhI han diseñado una celda capaz de operar bajo la irradiación del infrarrojo cercano a las regiones ultravioleta del espectro óptico.

"Utilizamos un enfoque interdisciplinario en la intersección de la química, biología, física de partículas y fotónica. Los puntos cuánticos se producen mediante métodos de síntesis química, luego se recubren con moléculas que hacen que su superficie sea simultáneamente biocompatible y cargada, después de lo cual se unen a la superficie de las membranas púrpuras de Halobacterium salinarum que contienen bacteriorrodopsina arcaica. Como resultado, hemos obtenido complejos híbridos con una eficiencia muy alta (alrededor del 80%) de transferencia de energía de excitación de puntos cuánticos a bacteriorrodopsina, "el científico principal del Laboratorio de nanobioingeniería MEPhI, Dijo Igor Nabiev.

Según los investigadores, los resultados obtenidos muestran el potencial para crear elementos fotosensibles altamente efectivos basados ​​en bioestructuras. Pueden usarse, no solo para proporcionar energía solar, pero también en computación óptica.

Los autores destacaron la altísima calidad del material nanoestructurado biohíbrido y la perspectiva de superar las mejores muestras comerciales con un posible aumento de la eficiencia por un margen sustancial. El próximo objetivo del equipo de investigación en esta dirección es optimizar la estructura de la célula fotosensible.