Wetenschappers hebben twee verschillende kunstmatige cellen ontworpen en met elkaar verbonden om moleculen te produceren die ATP (adenosinetrifosfaat) worden genoemd. ATP is de fundamentele eenheid die alle levende wezens gebruiken om energie te vervoeren en te leveren om processen in cellen te laten verlopen. De wetenschappers ontwikkelden een groep kunstmatige cellen die protonen genereert wanneer ze worden blootgesteld aan licht. Ze ontwikkelden ook verschillende kunstmatige cellen die een enzym bevatten dat deze protonen kan gebruiken om ATP te genereren. Het team verbond vervolgens de twee soorten cellen met elkaar.

Dit kunstmatige celontwerp maakt gebruik van kleine staafjes (nanostaafjes) gemaakt van zilver en goud om een ​​biologische celwand te creëren die vergelijkbaar is met die in de natuur. Deze staafjes staan ​​in contrast met de lipiden (zoals vetten en vetzuren) die biologische cellen gebruiken om celwanden te maken. Deze nanostaafjes reageren op licht op een manier die versnelt hoe snel bepaalde eiwitten protonen kunnen produceren.

Recente pogingen om kunstmatige cellen te maken hebben membranen vol met nanodeeltjes en geassembleerd tot een colloïdale capsule. De membraansubstantie zelf biedt voordelen, waaronder afstembare poriën waardoor ionen kunnen passeren. Echter, het membraanmateriaal kan ook inherente van belang zijnde processen binnen de kunstmatige cellen beïnvloeden.

Gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie , de studie, "Light-Gated Synthetic Protocells for Plasmon-Enhanced Chemiosmotic Gradient Generation and ATP Synthesis" is ontworpen om inzicht te krijgen in dergelijke effecten. Onderzoekers van het Center for Nanoscale Materials van het Argonne National Laboratory, een Department of Energy Office of Science gebruikersfaciliteit, creëerde lichtgevoelige kunstmatige cellen met behulp van zogenaamde plasmonische materialen - nanosystemen die op unieke manieren met licht kunnen interageren - voor de colloïdale capsules.

In aanvulling, een light-gated eiwit wordt gebruikt om een ​​foto-geactiveerd syntheseproces aan te sturen. De kunstmatige cellen hebben een colloïde verpakt met zilver-goud (Au-Ag) nanostaafjes die zichzelf in capsules assembleren. Verder, de Au-Ag nanostaafjes bereiken onder bepaalde lichtomstandigheden een plasmonresonantie. Het door licht geactiveerde eiwit bacteriorodopsine werd vervolgens op het oppervlak van de capsule bevestigd.

Bacteriorhodopsine werd gekozen vanwege zijn vermogen om onder verlichting protonen over een membraan te transporteren. De bacteriorodopsine vangt lichtenergie op, gebruikt die energie om protonen over het membraan te pompen, en zet de verschillen in protonconcentraties om in chemische energie.

Het celachtige potentieel van dit ontwerp werd verder aangetoond door gebruik te maken van de protonen als "chemische signalen" voor het activeren van ATP-biosynthese in een co-existente kunstmatige celpopulatie. In totaal, de kunstmatige cellen presteren consistent met de ontwerpdoelstellingen. De brede plasmonresonantie van de Au-Ag colloïdale capsules verhoogde de kans op fotoreactie door het door licht geactiveerde eiwit, waardoor een nieuwe licht-controleerbare synthetische "protocell" wordt gecreëerd.

Het synthetische protocelmodel biedt kansen voor het ontwikkelen van alternatieve zonne-naar-chemische energieconversiesystemen.