Bilim İnsanları Florofor Ekleyerek Fotosentetik Enzim Geliştirdiler
Fotoğraf: Enzimin hasat edilebilir ışık dalga boyları bandını genişletmek, güneş ışığının son derece düşük enerji yoğunluğu göz önünde bulundurulduğunda önemli bir gelişmedir.
Fosil yakıt rezervlerinin kısıtlı doğası ve fosil yakıtlara güvenmenin tahrip edici çevresel etkileri göz önüne alındığında, temiz enerji kaynaklarının geliştirilmesi modern endüstriyel uygarlığın karşılaştığı en acil zorluklar arasındadır. Güneş enerjisi cazip bir temiz enerji seçeneğidir, ancak güneş enerjisi teknolojilerinin geniş ölçekli uygulaması, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmenin verimli yollarının geliştirilmesine bağlıdır.
Diğer pek çok araştırma grubu gibi, Profesör Takehisa Dewa’nın Japonya’daki Nagoya Teknoloji Enstitüsü araştırma ekibinin üyeleri de Prof. Dewa’nın sözleriyle hem bir ilham kaynağı hem de yapay sistemlerin verimliliğini artırmanın yollarını test etme hedefi olan biyolojik fotosentetik konvanslara dönüştü. Özellikle, hem ışık enerjisini yakalamak hem de kimyasal enerjiye dönüştürmek için biyohibrid ışık toplama 1 reaksiyon merkezi çekirdek kompleksi (LH1-RC) kullanan mor fotosentetik bakteriyyum Rhodopseudomonas palustris’a odaklanmayı tercih ettiler.
Prof. Dewa’nın grubu, R. palustris ile yaptığı ilk çalışmalarda LH1-RC sisteminin belirli sınırlamalara sahip olduğunu, örneğin sadece tek bir ışık hasadı organik pigment grubu olan (bacterio) klorofilllere bağımlılığı nedeniyle nispeten dar bir dalga boyu bandında ışık enerjisini verimli bir şekilde hasat edebileceğini hızlı bir şekilde kaydetti (B875, emilimi maksimum olarak adlandırılır). Araştırmacılar, bu sınırlamanın üstesinden gelmek için Osaka Üniversitesi ve Ritsumeikan Üniversitesi’nde çalışanlarla işbirliği yaparak LH1-RC sistemini bir dizi floroforla (Alexa647, Alexa680, Alexa750 ve ATTO647N) bağlamayı denediler. Deneylerinin sonuçları, Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry’nin son sayısında yayınlanan bir makalede yer almaktadır.
Fotoğraf: Biyohibrit LH1-RC sisteminde, enerjiyi fotoakım üreten bileşenlere aktaran bir ışık toplama aracı (B875) bulunur. Nagoya Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılardan oluşan bir ekip, dış kromoforları LH1-RC sistemine bağlayarak protein kompleksinin ışık toplama aparatının absorbans spektrumunu başarılı bir şekilde genişleterek daha geniş bir ışık dalga boyunu kimyasal enerjiye dönüştürmesini sağladı. Kaynak: Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden Takehisa Dewa
Modifiye edilmiş LH1-RC sistemlerini sentezleyen Prof. Dewa’nın ekibi, floroforlardan B875 düzeneğindeki bakteriyoklorofil A pigmentlerine ultra hızlı ‘uyarma enerjisi’ transferinin varlığını onaylamak için “femtosaniye geçici emilim spektroskopisi” adı verilen bir yöntem kullandı. Ayrıca, enerji hasadında önemli bir adım olan “yük ayrımı” reaksiyonlarının daha sonra meydana geldiğini de doğruladılar. Şaşırtıcı bir şekilde, uyarma enerjisi aktarım hızı, floroforların emisyon bantları ile B875’in absorpsiyon bandı arasında daha fazla spektral örtüşme ile artmıştır. Harici ışık hasat floroforların takılması, enzimin yapay lipit çift katman sistemindeki bir elektrotta maksimum yük ayırma ve fotoakım üretme etkinliğini artırdı.
Prof. Dewa’nın ekibi, bakteriyel fotosentetik enzime kovalent bağlı floroforları ekleyerek enzimin toplanabilir ışık dalga boyu bandını genişletmeyi başardı. Güneş ışığının son derece düşük enerji yoğunluğu göz önüne alındığında bu önemli bir gelişmedir. Prof. Dewa, bu bulgunun güneş enerjisi dönüşümü için verimli bir yapay fotosentez sistemi geliştirmenin önünü açacağını belirtiyor. Biyohibritler üzerinde yapılan araştırma, uygulanabilir enerji dönüşüm sistemlerinin geliştirilmesi hakkında görüşler sunmalı ve böylece gelişmiş modern uygarlığa, tükenmez temiz güneş enerjisi kaynağına erişim için pratik bir seçenek sunmalıdır diye ekliyor.
Söz konusu enerji dönüştürme sistemleri, kuantum noktaları ve nanokarbon malzemeleri gibi çeşitli nanomalzemeler de dahil olmak üzere birçok şekil alabilir, ancak birleştirici bir özellik, geniş spektrumlu ışık toplama cihazını fotoakım üreten bir cihaza bağlamanın bir yolu olacaktır. Prof. Dewa’nın ekibi tarafından geliştirilen biyohibrid tip sistem de bu ihtiyacı karşılamak için uygun bir yol sağlayacaktır.
Kaynak: phys.org
