Os autores acreditam que o projeto tem um grande potencial na área da energia solar e processamento óptico de informação. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Biosensors and Bioelectronics.
As proteínas (chamadas de bacteriorrodopsinas) de organismos do domínio archaea são capazes de transformar a energia da luz em energia de ligações químicas (nas plantas, a clorofila faz uma coisa semelhante). O processo consiste na passagem da carga positiva através da membrana celular. A bacteriorrodopsina realiza uma "bombagem" de prótons, tornando-a assim uma candidata perfeita para elemento natural de um painel solar.
Diferentemente da clorofila, a bacteriorrodopsina pode funcionar sem acesso a oxigênio. É precisamente esta capacidade que permite aos archaea viver em ambientes muito agressivos para outros organismos, como por exemplo as profundezas do mar Morto.
Graças a isso, os organismos deste domínio possuem grande nível de estabilidade química, térmica e óptica. E isso não é tudo: ao "bombear" os prótons, a bacteriorrodopsina muda de cor várias vezes em bilionésimos de segundo, o que faz dele um material muito promissor para a criação de processadores holográficos.
Os cientistas da MEPhI conseguiram aumentar estas propriedades da bacteriorrodopsina ligando-a aos pontos quânticos, ou seja, a nanopartículas semicondutoras capazes de concentrar a energia da luz na escala de poucos nanômetros, transmitindo-a à bacteriorrodopsina sem emitir luz.
"Criamos uma célula fotossensível de alta eficiência, que gera uma corrente elétrica sob influência da luz com energia de fótons muito baixa. Tal célula não funcionaria em condições normais, já que as moléculas fotossensíveis como a bacteriorrodopsina só absorvem luz dentro de um intervalo de energias muito estrito. Já os pontos quânticos dispõem de um intervalo muito amplo, sendo até capazes de transformar dois fótons de baixa energia em um fóton de alta energia, fazendo uma espécie de adição", conta o docente da MEPhI Viktor Krivenkov, um dos autores da pesquisa.
Ele comenta que o ponto quântico pode, em vez de emitir o fóton de energia alta, transmiti-lo à bacteriorrodopsina. Esta propriedade permitiu aos cientistas criar uma célula capaz de funcionar com vários tipos de iluminação: da ultravioleta ao infravermelho.
"Usamos um método interdisciplinar, que une a química, a biologia, a física de nanopartículas e a fotônica. Obtemos pontos quânticos aplicando métodos de síntese química e os revestimos de moléculas que tornam a sua superfície ao mesmo tempo biocompatível e portadora de carga elétrica, e depois a ligamos com a superfície das membranas púrpuras das archaea Halobacterium salinarum com teor de bacteriorrodopsina.
Assim obtemos complexos híbridos com eficiência muito alta (cerca de 80%) de transferência de energia do ponto quântico à bacteriorrodopsina", conta Igor Nabiev, cientista sênior do laboratório de nanobioengenharia da MEPhI.
Os autores da pesquisa acreditam que os resultados obtidos demonstram o potencial de criação de elementos fotossensíveis de alta eficiência com base em estruturas biológicas, que podem ser usados não somente no setor da energia solar, senão também no processamento óptico de informação.
Os cientistas destacam a alta qualidade do nanobiomaterial híbrido e a perspectiva de superar os melhores produtos comerciais graças a uma eficiência muitas vezes maior. A tarefa seguinte é otimizar a estrutura da célula fotossensível.
