p Moléculas orgânicas que capturam fótons e os convertem em eletricidade têm aplicações importantes para a produção de energia verde. Os complexos de coleta de luz precisam de dois semicondutores, um doador de elétrons e um aceitador. O quão bem eles funcionam é medido por sua eficiência quântica, a taxa pela qual os fótons são convertidos em pares elétron-buraco. p A eficiência quântica é menor do que a ideal se houver "auto-extinção", onde uma molécula excitada por um fóton que chega doa parte de sua energia para uma molécula idêntica não excitada, produzindo duas moléculas em um estado de energia intermediário muito baixo para produzir um par elétron-buraco. Mas se os doadores e aceitadores de elétrons estiverem melhor espaçados, a auto-extinção é limitada, para que a eficiência quântica melhore.

p Em um novo jornal em Fronteiras na Química , pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) sintetizam um novo tipo de supramolécula orgânica de coleta de luz com base no DNA. A dupla hélice do DNA atua como um andaime para organizar os cromóforos (ou seja, corantes fluorescentes) - que funcionam como doadores de elétrons - e "fulerenos" - aceitadores de elétrons - em três dimensões para evitar a auto-extinção.

p "O DNA é um arcabouço atraente para a construção de supramoléculas de coleta de luz:sua estrutura helicoidal, distâncias fixas entre nucleobases, e o emparelhamento de base canônico controla com precisão a posição dos cromóforos. Aqui, mostramos que fulerenos de carbono, ligado a nucleosídeos modificados inseridos na hélice de DNA, aumentar muito a eficiência quântica. Também mostramos que a estrutura 3-D da supramolécula persiste não só na fase líquida, mas também na fase sólida, por exemplo, em futuras células solares orgânicas, "diz o autor principal, Dr. Hans-Achim Wagenknecht, Professor de Química Orgânica no Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

p O DNA fornece uma estrutura regular, como contas em uma corda helicoidal

p Como andaime, Wagenknecht e colegas usaram DNA de fita simples, desoxiadenosina (A) e timina (T) cadeias de 20 nucleotídeos de comprimento. Este comprimento foi escolhido porque a teoria sugere que os oligonucleotídeos de DNA mais curtos não se montariam ordenadamente, enquanto os mais longos não seriam solúveis em água. Os cromóforos eram pireno fluorescente violeta e moléculas de vermelho do Nilo fluorescentes a vermelho, cada um se ligou de forma não covalente a um único nucleosídeo de uracila (U) -desoxirribose sintética. Cada nucleosídeo foi emparelhado com a base do andaime de DNA, mas a ordem dos pirenos e dos vermelhos do Nilo foi deixada ao acaso durante a automontagem.

p Para os aceitadores de elétrons, Wagenknecht et al. testou duas formas de "fulerenos" - também chamados de fulerenos - que são conhecidos por terem uma excelente capacidade de "extinção" (aceitar elétrons). Cada buckyball era um globo oco construído a partir de anéis entrelaçados de cinco ou seis átomos de carbono, para um total de 60 carbonos por molécula. A primeira forma de fulereno testada se liga de forma não específica ao DNA por meio de cargas eletrostáticas. A segunda forma - não testada anteriormente como um aceitador de elétrons - foi covalentemente ligada por meio de um éster malônico a dois nucleosídeos de U-desoxirribose flanqueadores, o que permitiu que ele fosse emparelhado com um nucleotídeo A no DNA.

p Alta eficiência quântica, incluindo em fase sólida

p Os pesquisadores confirmaram experimentalmente que a estrutura 3-D da supramolécula baseada em DNA persiste em fase sólida:um requisito crucial para aplicações em células solares. Para este fim, eles testaram supramoléculas com qualquer forma de fulerenos como a camada ativa em uma célula solar em miniatura. Os construtos mostraram excelente separação de carga - a formação de um buraco positivo e carga de elétron negativa no cromóforo e sua aceitação por fulerenos próximos - com qualquer forma de buckyball, mas especialmente para a segunda forma. Os autores explicam isso a partir da ligação mais específica, por meio do emparelhamento de base canônico, para o andaime de DNA pela segunda forma, o que deve resultar em uma distância menor entre o fulereno e o cromóforo. Isso significa que a segunda forma é a melhor escolha para uso em células solares.

p Mais importante, os autores também mostram que a supramolécula DNA-corante-buckyball tem forte dicroísmo circular, isso é, é muito mais reativo à luz polarizada da mão esquerda do que à direita, devido à sua complexa estrutura helicoidal 3-D - mesmo na fase sólida.

p "Não espero que todos tenham células solares com DNA em seus telhados em breve. Mas a quiralidade do DNA será interessante:células solares baseadas em DNA podem detectar luz polarizada circularmente em aplicações especializadas, "conclui Wagenknecht.