Technologia solarna inspirowana rozwiązaniami spotykanymi w przyrodzie
Naukowcy pracujący w ramach finansowanego przez UE projektu PEPDIODE (Peptide-based diodes for solar cells) utworzyli modułowy system biomimetyczny cząsteczek pełniących rolę anten przechwytujących światło i prowadnic elektronów. Diody peptydowe umożliwiły jednokierunkowy przepływ elektronów. Zostały one połączone ze specjalnymi elementami budulcowymi kierującymi elektrony do fotosyntetycznych modułów, tworząc urządzenie generujące fotoprąd. Zespół z powodzeniem stworzył technologię syntezy gęstych macierzy peptydowych przy pomocy peptydowej drukarki laserowej. Wyprodukowano 10 000 peptydów na centymetr kwadratowy (cm2) i przeniesiono je na podłoże stałe. Ponadto partnerom udało się połączyć macierze peptydowe z chipem pomiarowym. Uzyskano również pierwszy dowód na działanie zasady umożliwiającej syntezę macierzy białkowych o wysokiej gęstości – 25 milionów/cm2 – w małych jamach. Mówiąc bardziej szczegółowo, uzyskano nanostrukturalną powierzchnię składającą się z 10 000 kropek/cm2 syntetycznego aminokwasu fluoroforu, która pochłania światło o określonych długościach fali. Co ważne, opracowano technikę wytwarzania złotych powierzchni na poszczególnych elektrodach pikselowych, charakteryzującą się doskonałym stykiem elektrycznym z komponentem CMOS — jest to znaczące osiągnięcie, ponieważ złoto nie jest kompatybilne z przetwarzaniem CMOS. Za pomocą chipa zmierzono również cechy napięcia i natężenia wszystkich peptydów w macierzy jednocześnie. Naukowcy opracowali również rusztowania białkowe i sekwencje peptydów, które można wykorzystać do naprawy chromoforów i centrów reakcji w zdefiniowanych od siebie odległościach. Można je również wykorzystać w celu samoorganizacji sztucznych centrów reakcji, jednostek gromadzących energię świetlną i diod peptydowych w zdefiniowanej odległości w skali nano, umożliwiając tanie i samodzielnie organizowane ogniwa solarne, dla których większość części znajduje się w Escherichia coli. Zespół wykorzystał także małe cząsteczki, których ekspresja przebiegała w sposób rekombinowany, do odnalezienia cząsteczek przekazujących stany wzbudzone do pobliskich chromoforów. Ponadto przyjrzano się małemu białku, które potrafi koordynować parę chlorofili podobną do pary specjalnej w centrach reakcji fotosystemu. Technologia PEPDIODE otworzy drogę ku niskonakładowym, wysokowydajnym organicznym ogniwom słonecznym produkującym energię elektryczną w sposób znacznie bardziej opłacalny niż za pomocą konwencjonalnych elektrowni i przynoszący potężne korzyści dla środowiska.
Słowa kluczowe
Peptydy, ogniwa słoneczne, PEPDIODE, biomimetyczny, systemy zbierania światła
