Construindo melhores pontes para mover energia

Redação do Site Inovação Tecnológica

Um novo tipo de agregado molecular funciona como uma ponte para transferir a energia dos sistemas de fotossíntese artificial. Os experimentos sugerem uma perda mínima de energia durante a transferência.
[Imagem: Hao Yan/Arizona State University]

Pontes para a energia

A esperança de produzir energia limpa usando sistemas artificiais de fotossíntese ganhou novo ímpeto com a criação de uma nanoestrutura que imita certos sistemas naturais de captação de luz.

A nanoestrutura é um conjunto de moléculas que se organizam usando instruções na forma de modelos de DNA, funcionando como uma ponte para mover a energia gerada por moléculas que absorvem luz em direção a moléculas emissoras de luz.

A transferência quase não tem perda de energia - menos de 1% -, o que significa que a ponte pode transportar energia por distâncias de centenas de nanômetros.

E, além do campo da energia limpa, esta nova abordagem de pontes de transferência de energia tem aplicações potenciais em redes fotônicas, que transferem dados na forma de luz e são amplamente utilizadas em comunicações e processamento de informações.

Eficiência geral de 60%

Os sistemas de fotossíntese artificial construídos até agora sofrem de uma variedade de problemas, incluindo a ineficiência na transferência de energia e o fato de que a troca de energia entre as moléculas vizinhas (auto-extinção) compete com a transferência de energia que está sendo feita para fora do sistema. Nos sistemas fotossintéticos naturais, de origem biológica, vários pigmentos se aglomeram em arranjos moleculares precisos, utilizando estruturas proteicas para obter uma transferência eficiente de energia e evitar a autoaniquilamento das cargas.

Nos sistemas artificiais, os pigmentos são substituídos por moléculas chamadas "corantes", que absorvem a luz. Agora, Xu Zhou e seus colegas da Universidade do Arizona, nos EUA, usaram moldes de DNA para desenvolver um novo tipo de agregado do corante cianina que apresentou um acoplamento forte o suficiente para imitar as funções de captação de luz dos sistemas naturais.

Os corantes são montados espontaneamente nos suportes de DNA, formando as nanopontes que direcionam a transferência de energia em distâncias de pelo menos 32 nanômetros. Os agregados de corantes modelados por DNA formam uma ponte entre as moléculas de absorção de luz (doadoras) e emissoras de luz (receptoras), estabelecendo um sistema de transferência de energia.

A eficiência da estrutura aumenta quanto maior for o comprimento do molde de DNA. Esta é uma descoberta importante, uma vez que a energia da luz absorvida pelo doador deve atravessar toda a ponte até o receptor. A eficiência geral da transferência de energia foi de aproximadamente 60%.

Bibliografia:

Artigo: Efficient Long-range, Directional Energy Transfer through DNA-Templated Dye Aggregates
Autores: Xu Zhou, Sarthak Mandal, Shuoxing Jiang, Su Lin, Jianzhong Yang, Yan Liu, David G. Whitten, Neal W. Woodbury, Hao Yan
Revista: Journal of the American Chemical Society
Vol.: 141 (21), 8473-8481