Illuminazione sostenibile alimentata da proteine artificiali
I diodi ad emissione di luce bianca (WLED) sono sempre più utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, dall’illuminazione soft-focus per interni a quella stradale, passando per i fari dei veicoli. I WLED sono costituiti da un chip ad alta energia ricoperto da un fosforo inorganico, solitamente un elemento delle terre rare e/o un composto tossico, che converte parzialmente la luce blu in luce di colore giallo-arancio; la combinazione di queste due emissioni dà luogo a un’illuminazione bianca. «L’illuminazione generale basata sui WLED è la tecnologia di illuminazione più efficiente che abbiamo oggi a disposizione», spiega Rubén Costa, coordinatore del progetto ARTIBLED(si apre in una nuova finestra) e ricercatore presso il Politecnico di Monaco di Baviera(si apre in una nuova finestra), in Germania.
Sviluppare la tecnologia LED in maniera sostenibile
L’utilizzo di elementi delle terre rare e di composti tossici nei WLED, tuttavia, è da lungo tempo identificato come uno dei principali ostacoli allo sviluppo sostenibile di questa tecnologia. Il progetto ARTIBLED, che è stato lanciato al fine di risolvere questo problema, ha sviluppato proteine a emissione in rivestimenti polimerici come filtri di conversione del colore. «Il progetto ha affrontato quattro sfide fondamentali», spiega Costa. «In primo luogo abbiamo dovuto trovare emettitori organici in grado di resistere alle condizioni operative per poi progettare impalcature proteiche volte a schermare ulteriormente tali emettitori. Quindi, abbiamo dovuto aumentare la produzione di coloranti e proteine in modo economicamente vantaggioso e infine sviluppare una composizione proteica-polimerica adatta alle applicazioni pratiche.» Questi obiettivi sono stati raggiunti grazie a un consorzio di progetto in cui erano presenti chimici organici e ingegneri delle proteine, esperti che sono stati assistiti da gruppi teorici, biocomputazionali e di spettroscopia. «Il team del progetto ha collaborato al fine di esplorare oltre 80 diversi emettitori e 10 000 progettazioni di proteine per ottenerne due fluorescenti artificiali caratterizzate da emissioni a bassa e media energia», aggiunge Costa. «Inoltre, è stata avviata con successo la produzione di proteine in scala aumentata.»
Due tipologie di proteine fluorescenti artificiali
Per Costa, il successo ottenuto da ARTIBLED è duplice. «Innanzitutto, siamo riusciti a sviluppare proteine fluorescenti artificiali che emettono nella parte a bassa energia dello spettro con notevoli rese quantiche di fotoluminescenza e fotostabilità», osserva. «Questa prima proteina potrebbe essere applicata per la conversione parametrica dei fotoni a scopi medici, oppure essere utilizzata come un nuovo tipo di biomarcatore.» La seconda proteina artificiale, dotata di un’efficiente e ampia banda di emissione a media energia, potrebbe essere impiegata al fine di progettare filtri colorati proteici monocomponenti per l’emissione di luce bianca. «In genere questa operazione richiedeva diversi tipi di proteine fluorescenti o emettitori, determinando di conseguenza la corruzione del colore legata ai diversi tassi di fotodecadimento di ciascuna proteina», aggiunge Costa.
Illuminazione, immaginografia e microscopia a fluorescenza
In questo modo, il progetto ARTIBLED ha dimostrato che le proteine fluorescenti artificiali possono essere utilizzate al fine di produrre filtri colorati a basso costo e ad alta efficienza per i WLED, evitando la necessità di utilizzare elementi delle terre rare o composti tossici; questa scoperta potrebbe contribuire a mantenere l’Europa all’avanguardia in ambito di innovazione dell’illuminazione. Costa nota in effetti un’ampia gamma di utilizzi potenziali per questi materiali proteici altamente emissivi e stabili. «Abbiamo ottenuto due nuove famiglie di proteine artificiali a emissione che potrebbero essere di grande interesse per la manipolazione dei fotoni», osserva. «Esse hanno inoltre mantenuto le loro eccellenti caratteristiche di emissione nei rivestimenti polimerici a base d’acqua. Attualmente stiamo esplorando la loro applicazione per svariate finalità di illuminazione, oltre che per l’immaginografia e la microscopia a fluorescenza.»
