Los científicos describen el diseño de un conjugado PSI-GNP-PSII que podría utilizarse como plataforma para el desarrollo de un nanodispositivo de separación de agua impulsado por la luz para la generación de hidrógeno.
Algunos consideran que la energía solar es la solución definitiva para hacer frente a la actual crisis energética y al calentamiento de la Tierra, así como a las crisis ambientales provocadas por el consumo excesivo de combustibles fósiles. Sin embargo, esta fuente de energía que es limpia e inagotable, es difícil de capturar y almacenar.
Ahora en un novedoso estudio, los científicos proponen utilizar la energía solar para producir hidrógeno mediante la separación del agua, informa Biomedical Spectroscopy and Imaging.
El hidrógeno es un portador de energía flexible y limpio, producido principalmente a partir de combustibles fósiles. Adoptando otro enfoque, los científicos observaron cómo las plantas y otros organismos utilizan la fotosíntesis para convertir la energía lumínica en energía química que puede ser almacenada y posteriormente liberada según sea necesario para alimentar las actividades de los organismos.
Diseñaron un conjugado de nanopartículas de oro que podría utilizarse como plataforma para desarrollar un sistema de fotosíntesis semi-artificial utilizando un nanodispositivo de separación de agua impulsado por la luz para generar hidrógeno.
“La fotosíntesis en plantas y algas es un medio eficiente de convertir la luz y la energía para producir energía química almacenable”, explicó el investigador principal Takumi Noguchi, Ph.D., División de Ciencia de los Materiales, Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Nagoya, Nagoya, Japón.
“La fotosíntesis artificial, que imita la fotosíntesis natural pero que genera directamente combustibles como alcoholes e hidrógeno en lugar de azúcares, puede ser la clave para resolver nuestro problema energético”.
En este estudio, los científicos ensamblaron complejos de fotosistema de cianobacterias I (PSI) y fotosistema II (PSII) en una nanopartícula de oro (gold nanoparticle, GNP, por sus siglas en inglés) para generar un conjugado PSI-GNP-PSII a través de etiquetas de histidina genéticamente modificadas unidas a las proteínas PSI y PSII, con el objetivo de desarrollar un nanosistema que divida el agua.
Se ensamblaron modificando el método de preparación de un conjugado PSII-GNP. La medición de la fluorescencia de una sola partícula utilizando un microscopio criogénico, así como las mediciones convencionales de absorción óptica y fluorescencia, proporcionaron pruebas definitivas de que tanto el complejo PSI como el PSII están unidos a un solo GNP en el conjugado PSI-GNP-PSII generado.
Figura 1. Vista esquemática de un conjugado PSI-GNP-PSII diseñado en este estudio. Los lados aceptores y donantes de electrones de los complejos PSII y PSI, respectivamente, están unidos a un GNP a través de (His) 6 etiquetas y ácido Ni-nitrilotriacético (Ni-NTA), y por lo tanto se espera que los electrones extraídos del H2O en PSII se transfieran a PSI tras la iluminación.
Este grupo de investigación había demostrado anteriormente que los complejos centrales de la PSII retenían la actividad evolutiva del oxígeno en los conjugados PSII-GNP, en los que los complejos PSII están unidos a los GNP en el lado del receptor de electrones. También se ha informado de que los complejos de PSII pueden evolucionar el hidrógeno tras la irradiación utilizando electrones de donantes de electrones sacrificados cuando se acoplan a nanopartículas de platino.
“Así pues, el conjugado PSI-GNP-PSII que generamos en el presente estudio puede ser una plataforma útil para el desarrollo de un nanodispositivo de división de agua impulsado por la luz para la producción de hidrógeno a partir del agua utilizando energía solar”, concluyó el Dr. Noguchi.
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