Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bio trifft Nano

25.10.2010
Quantenpunkte als Lichtantennen für künstliche Photosynthesesysteme

Unsere Versuche, Sonnenenergie zu nutzen, sind bisher noch sehr ineffektiv. Wahre Meister in dieser Disziplin sind dagegen photosynthetische Pflanzen, Algen und Bakterien. Die Wissenschaft versucht, diesen Organismen nachzueifern.

Igor Nabiev vom NanoGUNE Forschungszentrum in San Sebastian (Spanien), Alexander O. Govorov von der Ohio University (USA), John Donegan vom Trinity College Dublin (Irland), und ein Team aus spanischen, irischen, französischen und russischen Wissenschaftlern haben jetzt einen neuen Ansatz zur Steigerung der Lichtausbeute entwickelt.

Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, gelang es ihnen, das photosynthetische Reaktionszentrum einer Purpur-Alge mit einem Quantenpunkt, einem anorganischen Nanokristall, als „Antenne“ zum Einfangen von Licht auszustatten.

In Organismen ist der erste Schritt der Photosynthese die Absorption des Lichtes durch eine „Antenne“, einem Komplex aus Proteinen und Pigmenten, der durch die Lichtenergie in einen elektronisch angeregten Zustand gelangt. Das „Energiepaket“ kann nun an spezielle Chlorophyll-Cofaktoren im so genannten Reaktionszentrum des Photosyntheseapparates „weitergereicht“ werden.

Dort werden sie letztendlich genutzt, um die zellulären Energiespeicher, wie ATP, herzustellen. Das „Weiterreichen“ der Energiepakete läuft über einen speziellen strahlungslosen Vorgang namens „Förster-Resonanzenergietransfer“ (FRET), bei dem elektronische Zustände von „Absender“ und „Empfänger“ des Energiepakets im „Gleichklang“ schwingen müssen.

Auch ein künstliches Photosynthese-System muss eine Antenne für die effiziente „Ernte“ von Lichtteilchen haben, die zudem in der Lage ist, die Energiepakete per FRET weiterzureichen. Bisherige künstliche Antennen, organische Farbstoffmoleküle, hatten den Nachteil, dass sie einen viel zu schmalen Wellenlängenbereich des Sonnenlichts einfangen. Außerdem sind sie unter längerer Bestrahlung nicht stabil. Die Idee war nun, statt organischer Moleküle fluoreszierende anorganische Quantenpunkte als Antennen zu verwenden. Quantenpunkte sind nanoskopische Kristalle, die so winzig sind, dass sie sich in vielen Aspekten wie Moleküle verhalten, nicht wie makroskopische Festkörper.

Die elektronischen und optischen Eigenschaften von Quantenpunkten, etwa welche Wellenlängen sie absorbieren, lassen sich in weiten Bereichen maßschneidern, da diese von deren Größe, Form und Zusammensetzung abhängen. Die Forscher wählten Quantenpunkte aus Cadmiumtellurid und Cadmiumselenid, die unter Beleuchtung fluoreszieren; dabei bleiben sie auch langfristig stabil. Größe und Oberflächenbeschaffenheit der Quantenpunkte wurden so gewählt, dass diese einen besonders breiten Bereich des Sonnenlichts einfangen können.

Es gelang den Forschern, die Antennen-Quantenpunkte an das Reaktionszentrum aus dem photosynthetischen System von Purpurbakterien zu kuppeln. Unter Bestrahlung fluoreszieren die Quantenpunkte nun nicht mehr, sondern geben die aufgenommene Energie wie gewünscht per FRET an das Reaktionszentrum weiter. Der neue Ansatz könnte den Weg zu neuartigen künstlichen photosynthetischen Systemen ebnen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 36/2010

Autor: Igor Nabiev, CIC NanoGUNE Consolider San Sebastian (Spain), http://www.nanogune.eu/en/research/nanobiotechnology/people/

Angewandte Chemie 2010, 122, No. 40, 7375–7379, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201003067

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://dx.doi.org/10.1002/ange.201003067
http://www.nanogune.eu/en/research/nanobiotechnology/people/
http://presse.angewandte.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Verbesserte Kohlendioxid-Fixierung dank Mikrokompartiment
25.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Regenbogenfarben enthüllen Werdegang von Zellen
25.09.2017 | Technische Universität Dresden

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungen

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Hochvolt-Lösungen für die nächste Fahrzeuggeneration!

25.09.2017 | Seminare Workshops

Seminar zum 3D-Drucken am Direct Manufacturing Center am

25.09.2017 | Seminare Workshops