Ilmuwan Kolkata mengembangkan sistem pemanenan cahaya buatan baru menggunakan nanotube organik | indiabloom

Kolkata: Terinspirasi oleh sistem fotosintesis alami, para peneliti di Kolkata telah mengembangkan metode pemanenan cahaya buatan baru menggunakan nanotube organik, yang dapat digunakan dalam sel surya, fotokatalisis, sensor optik, dan bahan pemancar cahaya multi-warna yang dapat diatur.

Supratim Banerjee dari Indian Institute of Science Education and Research (IISER), Kolkata, sebuah institut independen di bawah Kementerian Pendidikan, dan Dr. Suman Chakrabarty dari S.N. Bose National Center for Basic Sciences (SNBNCBS), Kolkata, seorang independen institut Departemen Sains dan Teknologi (DST) melakukan penyelidikan eksperimental dan komputasi pada pemanenan cahaya buatan dalam tabung nano organik yang berasal dari penyatuan molekul fluoresen organik dan biopolimer yang penting secara terapeutik.

Yang pertama adalah molekul kationik amfipatik yang disebut cyano stilbenes (molekul organik dengan sifat fluoresen yang diketahui menunjukkan peningkatan emisi dalam keadaan agregatnya), dan yang terakhir adalah biopolimer anionik yang penting secara terapeutik yang disebut heparin (digunakan sebagai antikoagulan – selama operasi – dan pasca operasi). -perlakuan) dalam media berair.

Di hadapan heparin, sianokasi yang digunakan dalam penelitian ini membentuk tabung nano memancarkan kuning kehijauan cerah melalui proses perakitan bersama yang digerakkan secara elektrostatis.

Sama seperti antena atau vesikel berpigmen (berwarna) yang terikat membran yang digunakan untuk melakukan fotosintesis pada bakteri, tabung nano bertindak sebagai donor energi (antena) yang efisien dalam sistem yang meniru fotosintesis alami.

Di alam, tumbuhan dan bakteri fotosintetik menangkap sinar matahari dan mengirimkannya ke pusat reaksi melalui serangkaian langkah transfer energi dan elektron untuk akhirnya disimpan dalam bentuk energi kimia.

Kromofor antena dalam kompleks pemanenan cahaya secara tepat disejajarkan menjadi matriks oleh protein di sekitarnya, yang pada gilirannya memungkinkan energi bermigrasi di antara mereka dengan cara yang sangat efisien.

Mensimulasikan sistem fotosintesis alami dan memahami proses dasar transfer energi telah mendapatkan banyak minat dalam beberapa tahun terakhir, terutama untuk sistem yang membutuhkan konversi dan penyimpanan energi.

Para ilmuwan menyumbangkan energi untuk pigmen akseptor seperti Nile Red dan Nile Blue, yang menyesuaikan warna pancaran dari kuning kehijauan menjadi oranye-merah, termasuk cahaya putih.

Fenomena transfer energi yang dijelaskan dalam penelitian ini dikenal sebagai FRET (Transfer energi resonansi Forster), yang sangat menarik dalam berbagai aplikasi seperti penentuan struktur DNA/RNA, pemetaan membran biologis, tes PCR real-time, dll.

Masa depan bergerak menuju konversi energi matahari untuk penyimpanan sebagai energi kimia atau listrik, dan proses transfer energi merupakan faktor kunci untuk aplikasi tersebut.

Dalam studi yang dipublikasikan di Chemical Science, jurnal unggulan dari Royal Society of Chemistry, pembentukan nanotube diselidiki melalui penggunaan spektroskopi serapan fluoresensi, mikroskop elektron transmisi (TEM), dan studi mikroskop pencitraan seumur hidup (FLIM). Studi simulasi dinamika molekul (MD) menunjukkan bahwa molekul siano-stilben membentuk struktur silinder dengan adanya heparin.

Interaksi pada tingkat molekuler lokal dan pengepakan kromofor cyano stilbene yang mengarah pada pembentukan struktur nano satu dimensi juga divisualisasikan dan diukur dengan studi simulasi.

Karena respon suhu dari proses FRET dalam sistem ini, mereka juga telah digunakan sebagai termometer emisi relatif (suhu tergantung pada variasi intensitas emisi pada dua panjang gelombang yang berbeda) dalam kisaran suhu 20-90 °C, dan ini adalah aplikasi praktis yang paling menonjol dari sistem pemanenan cahaya sintetik.

Tautan publikasi: https://dx.doi.org/10.1039/d3sc00375b