Investigadors de la Universitat de Michigan, han desenvolupat un potent microscopi que permet observar com l'energia de la llum migra en bacteris fotosintètiques en període de temps de fracció de segon.
Aquest microscopi podria ajudar a desenvolupar materials orgànics fotovoltaics més eficients, un tipus de cèl·lula solar que podria proporcionar una energia més barata respecte les cel·les solars basades en el silici .
En les plantes i en els bacteris fotosintètics, la llum impacta a la fulla o a les bacteris de manera que, un sistema de minúscules antenes de recol·lecció de la llum la transmet a través de les proteïnes, el que es coneix com un centre de reacció. Aquí, la llum està "atrapada" i es converteix en energia metabòlica per als organismes.
Jennifer Ogilvie, professora de física i biofísica de la UM, i el seu equip volen captar el moviment d'aquesta llum mitjançant proteïnes en una cèl·lula de manera que, l'equip ha donat un pas cap a aquest objectiu en el desenvolupament d'aquest microscopi. El seu estudi ha estat publicat al Nature Communications.
Ogilvie, l'estudiant de postgrau Yassel Acosta i el postdoctorat Vivek Tiwari van treballar junts per desenvolupar el microscopi, que utilitza un mètode anomenat espectroscòpia electrònica bidimensional per generar imatges de migració energètica dins de les proteïnes durant la fotosíntesi. El microscopi mostra una àrea de la mida d'una cinquena part d'un glòbul humà i pot capturar esdeveniments que triguen una fracció de segon.
L'espectroscòpia bidimensional es basa en llegir els nivells d'energia dins d'un sistema de dues maneres:
- Primer: llegeix la longitud d'ona de la llum que s'absorbeix en un sistema fotosintètic.
- Segons: llegeix la longitud d'ona de la llum detectada dins del sistema, permetent que es pugui seguir el flux a mesura que flueix a través de l'organisme.
- Primer: llegeix la longitud d'ona de la llum que s'absorbeix en un sistema fotosintètic.
- Segons: llegeix la longitud d'ona de la llum detectada dins del sistema, permetent que es pugui seguir el flux a mesura que flueix a través de l'organisme.
L'instrument combina aquest mètode amb un microscopi per mesurar un senyal, que és gairebé un milió de vegades més petits que abans. Les mostres prèvies a les mesures, van ser una mitjana d'un milió de vegades més grans respecte les anteriors. La mitjana de les grans seccions amaga les diferents maneres en què l'energia es pot moure dins del mateix sistema.
Ara s'han combinat ambdues tècniques perquè sigui possible arribar a processos molt ràpids, així com obtenir informació realment detallada de sobre com interaccionen aquestes molècules. Observant una regió nanoscòpica d'aquesta mostra enfront d'una altra, l'espectroscòpia pot semblar molt diferent. Anteriorment, això no es sabia, perquè només s'havia aconseguit una mesura mitjana, per tant, no es podia conèixer les diferències. Aquestes, podien ser importants per entendre com funciona el sistema.
En desenvolupar el microscopi, Ogilvie i el seu equip van estudiar colònies de cèl·lules fotosintètiques morades bacterianes. Anteriorment, els científics principalment havien investigat parts purificades d'aquest tipus de cèl·lules. En observar un sistema de cel·la intacte, Ogilvie i el seu equip van poder observar com interactuaven els diferents components del sistema complet.
L'equip també va estudiar bacteris que s'havien cultivat en condicions d'alta llum, de poca llum i una combinació d'ambdues. Seguint la llum emesa dels bacteris, el microscopi els va permetre veure com l'estructura del nivell d'energia i el flux d'energia a través del sistema canvien segons les condicions de llum dels bacteris .
De la mateixa manera, aquest microscopi pot ajudar els científics a comprendre com funcionen els materials fotovoltaics orgànics. En lloc de les antenes complexes que recullen la llum que es troben en les plantes i els bacteris, els materials fotovoltaics orgànics tenen les anomenades molècules "donants" i "receptores". Quan la llum viatja a través d'aquests materials, la molècula donadora envia electrons a molècules receptores, generant electricitat.
Es podria trobar que hi ha regions on l'excitació no produeix cap càrrega que es pugui recollir, llavors, es podrien trobar regions on funciona bé. Si s'observen les interaccions entre aquests components, es podrien correlacionar la morfologia del material amb el que funciona bé i el que no.
En els organismes, aquestes zones es donen perquè una àrea de l'organisme podria no rebre tanta llum com una altra àrea i per tant, estarà plena d'antenes per captar la llum de manera que, presenten pocs centres de reacció. Altres àrees poden ser inundades de llum, i els bacteris poden tenir menys antenes, però més centres de reacció. En el material fotovoltaic, la distribució de molècules donants i receptores pot variar en funció de la morfologia del material. Això podria afectar l'eficiència del material en la conversió de la llum en electricitat.
Tots aquests materials han de tenir components diferents els quals, fan coses diferents:
- Components que absorbiran la llum,
- Components que portaran l'energia de la llum i la convertiran en alguna cosa que es pugui utilitzar, com l'electricitat.
És un 'sant grial' el poder cartografiar en l'espai i el temps el flux exacte d'energia a través d'aquests sistemes.
- Components que absorbiran la llum,
- Components que portaran l'energia de la llum i la convertiran en alguna cosa que es pugui utilitzar, com l'electricitat.
És un 'sant grial' el poder cartografiar en l'espai i el temps el flux exacte d'energia a través d'aquests sistemes.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada