Gezien de eindige aard van de reserves aan fossiele brandstoffen en de verwoestende milieueffecten van het vertrouwen op fossiele brandstoffen, de ontwikkeling van schone energiebronnen is een van de meest dringende uitdagingen waarmee de moderne industriële beschaving wordt geconfronteerd. Zonne-energie is een aantrekkelijke optie voor schone energie, maar de grootschalige implementatie van zonne-energietechnologieën zal afhangen van de ontwikkeling van efficiënte manieren om lichtenergie om te zetten in chemische energie.

Net als veel andere onderzoeksgroepen, de leden van het onderzoeksteam van professor Takehisa Dewa aan het Nagoya Institute of Technology in Japan hebben zich tot biologische fotosynthetische apparaten gewend, welke zijn, in de woorden van prof. Dewa, zowel "een bron van inspiratie als een doelwit om manieren te testen om de efficiëntie van kunstmatige systemen te verbeteren." specifiek, ze kozen ervoor om zich te concentreren op de paarse fotosynthetische bacterie Rhodopseudomonas palustris, die gebruik maakt van een biohybride licht-oogst 1-reactiecentrum kerncomplex (LH1-RC) om zowel lichtenergie op te vangen als om te zetten in chemische energie.

In hun eerste studies van R. palustris, De groep van prof. Dewa merkte al snel op dat het LH1-RC-systeem bepaalde beperkingen heeft, zoals het alleen efficiënt kunnen oogsten van lichtenergie binnen een relatief smalle golflengteband vanwege de afhankelijkheid van (bacteriën)chlorofylen, een enkel licht oogstend organisch pigmentsamenstel (B875, genoemd naar zijn absorptiemaximum). Om deze beperking te overwinnen, de onderzoekers, in samenwerking met medewerkers van Osaka University en Ritsumeikan University, geëxperimenteerd met het covalent koppelen van het LH1-RC-systeem aan een set fluoroforen (Alexa647, Alexa680, Alexa750, en ATTO647N). De resultaten van hun experimenten verschijnen in een paper gepubliceerd in een recent nummer van de Journal of Photochemistry &Photobiology A:Chemistry .

Nadat ze hun gemodificeerde LH1-RC-systeem hebben gesynthetiseerd, Het team van prof. Dewa gebruikte een methode genaamd "femtoseconde transiënte absorptiespectroscopie" om de aanwezigheid van ultrasnelle 'excitatie-energie'-overdracht van de fluoroforen naar de bacteriochlorofyl-a-pigmenten in de B875-assemblage te bevestigen. Ze bevestigden ook het daaropvolgende optreden van 'ladingsscheiding'-reacties, een belangrijke stap in het oogsten van energie. Niet verrassend, de snelheid van excitatie-energieoverdracht nam toe met een grotere spectrale overlap tussen de emissiebanden van de fluoroforen en de absorptieband van B875. Het bevestigen van de externe licht-oogstende fluoroforen verhoogde de maximale opbrengst van het enzym aan ladingsscheiding en fotostroomopwekkingsactiviteit op een elektrode in een kunstmatig lipide dubbellaagsysteem.

Door covalent gekoppelde fluoroforen te introduceren in een bacterieel fotosynthetisch enzym, Het team van prof. Dewa slaagde erin de band van oogstbare lichtgolflengten van het enzym te verbreden. Dit is een belangrijke verbetering gezien de extreem lage energiedichtheid van zonlicht. "Deze bevinding zou de weg kunnen effenen voor de ontwikkeling van een efficiënt kunstmatig fotosynthesesysteem voor omzetting van zonne-energie, " merkt prof. Dewa op. "Onderzoek naar biohybriden moet inzicht geven in de ontwikkeling van implementeerbare energieconversiesystemen, waardoor de geavanceerde moderne beschaving een praktische optie krijgt om toegang te krijgen tot een onuitputtelijke voorraad schone zonne-energie, " hij voegt toe.

De energieconversiesystemen in kwestie kunnen vele vormen aannemen, waaronder verschillende nanomaterialen, zoals kwantumdots en nanokoolstofmaterialen, maar een verbindend kenmerk zal de behoefte zijn aan een manier om een ​​breedspectrum lichtoogstapparaat aan te passen aan een fotostroomgenererend apparaat, en het biohybride-type systeem dat is ontwikkeld door het team van prof. Dewa biedt een haalbare manier om aan deze behoefte te voldoen.