p Enquanto o mundo luta para atender à crescente demanda por energia, juntamente com os níveis crescentes de CO ₂ na atmosfera devido ao desmatamento e ao uso de combustíveis fósseis, a fotossíntese na natureza simplesmente não consegue acompanhar o ciclo do carbono. Mas e se pudéssemos ajudar o ciclo natural do carbono, aprendendo com a fotossíntese a gerar nossas próprias fontes de energia que não geram CO ₂ ? A fotossíntese artificial faz exatamente isso, ele aproveita a energia do sol para gerar combustível de forma a minimizar o CO ₂ Produção. p Em um artigo recente publicado no Jornal da American Chemical Society ( JACS ), uma equipe de pesquisadores liderada por Hao Yan, Yan Liu e Neal Woodbury, da Escola de Ciências Moleculares e Centro de Biodesign para Design Molecular e Biomimética da Universidade do Estado do Arizona, relatam um progresso significativo na otimização de sistemas que imitam o primeiro estágio da fotossíntese. capturando e aproveitando a energia da luz do sol.

p Relembrando o que aprendemos na aula de biologia, a primeira etapa da fotossíntese em uma folha de planta é a captura da energia da luz pelas moléculas de clorofila. A próxima etapa é transferir com eficiência essa energia luminosa para a parte do centro de reação fotossintética onde ocorre a química movida a luz. Este processo, chamada transferência de energia, ocorre de forma eficiente na fotossíntese natural no complexo da antena. Como a antena de um rádio ou televisão, o trabalho do complexo de antenas fotossintéticas é reunir a energia da luz absorvida e canalizá-la para o lugar certo. Como podemos construir nossos próprios "complexos de antenas de transferência de energia", ou seja, estruturas artificiais que absorvem a energia da luz e a transferem à distância para onde ela pode ser usada?

p "A fotossíntese domina a arte de coletar energia luminosa e movê-la por distâncias substanciais para o lugar certo para que ocorra a química impulsionada pela luz. O problema com os complexos naturais é que eles são difíceis de reproduzir do ponto de vista do projeto; podemos usá-los eles como são, mas queremos criar sistemas que atendam aos nossos próprios propósitos, "disse Woodbury." Usando alguns dos mesmos truques da Natureza, mas no contexto de uma estrutura de DNA que podemos projetar com precisão, nós superamos essa limitação, e possibilitar a criação de sistemas de coleta de luz que transferem com eficiência a energia da luz para onde quisermos. "

p O laboratório de Yan desenvolveu uma maneira de usar o DNA para se automontar estruturas que podem servir como modelos para a montagem de complexos moleculares com controle quase ilimitado sobre o tamanho, forma e função. Usando arquiteturas de DNA como modelo, os pesquisadores foram capazes de agregar moléculas de corante em estruturas que capturaram e transferiram energia por dezenas de nanômetros com uma perda de eficiência de <1% por nanômetro. Desta forma, os agregados de corante imitam a função do complexo de antenas à base de clorofila na fotossíntese natural, transferindo eficientemente a energia da luz por longas distâncias do local onde é absorvida e do local onde será usada.

p Para estudar ainda mais os complexos de coleta de luz biomimética com base em nanoestruturas de DNA-corante automontadas, Yan, Woodbury e Lin receberam uma bolsa do Departamento de Energia (DOE). Em trabalhos anteriores financiados pelo DOE, Yan e sua equipe demonstraram a utilidade do DNA para servir como um modelo programável para agregar corantes. Para desenvolver essas descobertas, eles usarão os princípios fotônicos que fundamentam os complexos de coleta de luz natural para construir estruturas programáveis ​​com base na automontagem de DNA, que fornece a plataforma flexível necessária para o projeto e desenvolvimento de sistemas fotônicos moleculares complexos.

p "É ótimo ver que o DNA pode ser programado como um modelo de estrutura para imitar as antenas de coleta de luz da Natureza para transferir energia a longa distância, "disse Yan." Esta é uma grande demonstração do resultado da pesquisa de uma equipe altamente interdisciplinar. "

p Os resultados potenciais desta pesquisa podem revelar novas maneiras de capturar energia e transferi-la por distâncias mais longas sem perda líquida. Por sua vez, o impacto dessa pesquisa pode abrir caminho para o desenvolvimento de sistemas de conversão de energia mais eficientes que reduzirão nossa dependência de combustíveis fósseis.

p "Fiquei muito satisfeito em participar desta pesquisa e ser capaz de desenvolver um trabalho de longo prazo que remonta a algumas colaborações muito frutíferas com cientistas e engenheiros da Eastman Kodak e da Universidade de Rochester, "disse David G. Whitten, da Universidade do Novo México, Departamento de Engenharia Química e Biológica. "Esta pesquisa incluiu o uso de seus cianinos para formar conjuntos agregados onde ocorre a transferência de energia de longo alcance entre um agregado de cianino doador e um aceitador."

p O trabalho relatado no Jornal da American Chemical Society foi realizada pelos alunos da ASU Xu Zhou e Sarthak Mandal, agora do Instituto Nacional de Tecnologia de Tiruchirappalli, Índia, e Su Lin do Centro de Inovação em Medicina do Instituto Biodesign, e o aluno de Whitten, Jianzhong Yang, em colaboração com Yan e Woodbury.