Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einzelner Proteinkomplex erzeugt Strom: Solarzelle aus einem Molekül

01.10.2012
Ein Team der Technischen Universität München, geleitet von Joachim Reichert, Johannes Barth (Exzellenzcluster MAP) und Alexander Holleitner (Exzellenzcluster NIM) hat in Kooperation mit Itai Carmeli (Tel Aviv University) eine Methode entwickelt, um den Photostrom eines einzelnen Moleküls zu messen.
Die Physiker konnten zeigen, dass ein einzelnes Photosystem-Protein als Baustein in photoaktive Nanoschaltkreise integriert und direkt angesteuert werden kann. Dabei behält das Protein seine optischen Eigenschaften. Es fungiert als lichtgetriebene hocheffiziente Elektronenpumpe und kann als Stromgenerator in winzigen elektrischen Bauelementen dienen (Nature Nanotechnology).

Die Wissenschaftler untersuchten das Chlorophyll-Protein Photosystem I, welches in den Membranen von Chloroplasten in Blaualgen zu finden ist. Pflanzen, Algen und Bakterien benutzen Photosynthese, um Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln. Die ersten Schritte dieses Prozesses, bei denen das System Licht absorbiert und die aufgenommene Energie in eine Elektronenbewegung, also einen Stromfluss, übertragen wird, findet in photosynthetischen aktiven Proteinen statt, die sich aus Chlorophyllen und Carotinoiden zusammensetzen.
Bisher gab es kein Messsystem, mit dem man einzelne Moleküle elektrisch kontaktieren und sie gleichzeitig sehr starken optischen Feldern aussetzen konnte und das empfindlich genug war um diesen winzigen Strom aus einem einzelnen Protein zu messen. Nach der Absorption eines Photons wird ein Elektron mit einer Effizienz von nahezu 100% von der einen Seite des Proteins zur anderen übertragen. Durch die winzigen Dimensionen eignet sich dieses System auf der Nanometerskala für Anwendungen in der Optoelektronik, bei dem Licht in elektrischen Strom umgewandelt werden soll.

Für die Wissenschaftler bestand die erste Herausforderung darin, eine Methode zu finden, mit der sich einzelne Moleküle in starken optischen Feldern kontaktieren lassen. Zentrales Element der Messvorrichtung sind Proteine, die sich selbst auf einer Oberfläche anordnen und kovalent über eine Cysteingruppe an diese anbinden. Der Photostrom wird dann mit einem sehr dünn mit Metall beschichteten Glasfragment gemessen, wie es in der Nahfeldmikroskopie benutzt wird. Dieses Glasfragment dient gleichzeitig als elektrischer Kontakt und als Lichtquelle. Licht wird durch die Innenseite des Glasfragments zum Protein geleitet und die sehr kleinen optisch angeregten Ströme können gemessen werden.

Das Photosystem-I (hier grün) wird über die Elektrode (ganz oben) optisch angeregt. Ein Elektron wird dann Schritt für Schritt in nur 16 Nanosekunden übertragen.

Christoph Hohmann, Nanosystems Initiative Munich (NIM)

Das Forschungsprojekt wurde finanziell unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft über SPP 1243 (Projekte HO 3324/2 und RE 2592/2), den Exzellenzclustern Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP) und Nanosystems Initiative Munich (NIM) sowie dem ERC Advanced Grant MolArt 43 (no. 47299).

Originalpublikation:
Photocurrent of a single photosynthetic protein
Daniel Gerster, Joachim Reichert, Hai Bi, Johannes V. Barth, Simone M. Kaniber, Alexander W. Holleitner, Iris Visoly-Fisher, Shlomi Sergani, and Itai Carmeli

Links: http://dx.doi.org/http://www.nature.com/

Contact:

Dr. Joachim Reichert,
Technische Universität München
Physik-Department E20
James-Franck Straße, D-85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 12443 – Fax:+49 89 289 12338
E-Mail: joachim.reichert@tum.de – Internet: http://www.e20.ph.tum.de/

Prof. Alexander W. Holleitner
Technische Universität München
Walter Schottky Institut – Zentrum für Nanotechnologie und Nanomaterialien
Am Coulombwall 4a, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 11575 – Fax: +49 89 289 12600
E-Mail: holleitner@wsi.tum.de – Internet: http://www.wsi.tum.de

Dr. Itai Carmeli
Tel Aviv University
Center for NanoScience and Nanotechnology and School of Chemistry,
Tel Aviv 69978, Israel.
Tel.: +972-3-6405704 – Fax: +972-3-6405612
E-Mail: itai@post.tau.ac.il – Internet: http://www.tau.ac.il

Christine Kortenbruck | idw
Weitere Informationen:
http://www.tau.ac.il/
http://www.wsi.tum.de/
http://www.e20.ph.tum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmaterie fest und supraflüssig zugleich
23.04.2019 | Universität Innsbruck

nachricht Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz
18.04.2019 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Quantenmaterie fest und supraflüssig zugleich

Forscher um Francesca Ferlaino an der Universität Innsbruck und an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben in dipolaren Quantengasen aus Erbium- und Dysprosiumatomen suprasolide Zustände beobachtet. Im Dysprosiumgas ist dieser exotische Materiezustand außerordentlich langlebig, was die Tür für eingehendere Untersuchungen weit aufstößt.

Suprasolidität ist ein paradoxer Zustand, in dem die Materie sowohl supraflüssige als auch kristalline Eigenschaften besitzt. Die Teilchen sind wie in einem...

Im Focus: Quantum gas turns supersolid

Researchers led by Francesca Ferlaino from the University of Innsbruck and the Austrian Academy of Sciences report in Physical Review X on the observation of supersolid behavior in dipolar quantum gases of erbium and dysprosium. In the dysprosium gas these properties are unprecedentedly long-lived. This sets the stage for future investigations into the nature of this exotic phase of matter.

Supersolidity is a paradoxical state where the matter is both crystallized and superfluid. Predicted 50 years ago, such a counter-intuitive phase, featuring...

Im Focus: Explosion on Jupiter-sized star 10 times more powerful than ever seen on our sun

A stellar flare 10 times more powerful than anything seen on our sun has burst from an ultracool star almost the same size as Jupiter

  • Coolest and smallest star to produce a superflare found
  • Star is a tenth of the radius of our Sun
  • Researchers led by University of Warwick could only see...

Im Focus: Neues „Baustein-Konzept“ für die additive Fertigung

Volkswagenstiftung fördert Wissenschaftler aus dem IPF Dresden bei der Erkundung eines innovativen neuen Ansatzes im 3D-Druck

Im Rahmen Ihrer Initiative „Experiment! - Auf der Suche nach gewagten Forschungsideen“
fördert die VolkswagenStiftung ein Projekt, das von Herrn Dr. Julian...

Im Focus: Vergangenheit trifft Zukunft

autartec®-Haus am Fuß der F60 fertiggestellt

Der Hafen des Bergheider Sees beherbergt seinen ersten Bewohner. Das schwimmende autartec®-Haus – entstanden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz: Lernen von der Natur

17.04.2019 | Veranstaltungen

Mobilität im Umbruch – Conference on Future Automotive Technology, 7.-8. Mai 2019, Fürstenfeldbruck

17.04.2019 | Veranstaltungen

Augmented Reality und Softwareentwicklung: 33. Industrie-Tag InformationsTechnologie (IT)²

17.04.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Künstliche Intelligenz verbessert Stromübertragung

24.04.2019 | Informationstechnologie

Individuelle Implantate sollen Regeneration ermöglichen

24.04.2019 | Medizintechnik

Im Labyrinth offenbaren Bakterien ihre Individualität

23.04.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics