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“Hemos creado fotosistemas artificiales usando nanomateriales ópticos para aprovechar la energía solar, que es convertida en energía eléctrica”, dice Jong Hyun Choi, profesor ayudante de ingeniería mecánica en la Universidad de Purdue.

El diseño aprovecha las inusuales propiedades eléctricas de las estructuras conocidas como nanotubos de carbono de pared única, usándolos como “cables moleculares en las células de recogida de la luz”, dice Choi, cuyo grupo de investigación tiene su sede en los centros Nanotechnology y Bindley Bioscience del Parque de Descubrimientos de Purdue.

“Creo que nuestra aproximación ofrece una promesa para la industrialización, pero aún estamos en la etapa de investigación básica”, comenta.

Las células fotoelectroquímicas convierten la luz en electricidad y usan electrolitos – un líquido que conduce la electricidad – para transportar electrones y crear la corriente. Las células contienen tintes que absorben la luz conocidos como cromóforos, moléculas similares a la clorofila que se degradan debido a la exposición a la luz solar.

“La desventaja crítica de las células convencionales fotoelectroquímicas es su degradación”, señala Cho.

La nueva tecnología supera este problema de la misma forma que lo hace la naturaleza: reemplazando continuamente los tintes dañados con otros nuevos.

“Este tipo de auto-regeneración se hace en las plantas cada hora”, dice Choi.

La nueva idea podría hacer posible un innovador tipo de célula fotoelectroquímica que continúe funcionando a toda capacidad indefinidamente, siempre que se añadan nuevos cromóforos.

Se detallaron dichos hallazgos en una presentación en noviembre durante el Congreso y Exhibición Internacional de Ingeniería Mecánica en Vancouver. La idea también se desveló en un artículo on-line (http://spie.org/x41475.xml?ArticleID=x41475) publicado en el sitio web de SPIE, una sociedad internacional de óptica y fotónica.

La charla y el artículo fueron escritos por Choi, los estudiantes de doctorado Benjamin A. Baker y Tae-Gon Cha, y los estudiantes M. Dane Sauffer y Yujun Wu.

Los nanotubos de carbono funcionan como una plataforma para anclar las hebras de ADN. El ADN está diseñado para tener secuencias específicas de bloques básicos, llamados nucleótidos, permitiéndole reconocerlos y unirlos a los cromóforos.

“El ADN reconoce las moléculas de tinte, y luego el sistema los auto-ensambla espontáneamente”, comenta Choi.

Cuando los cromóforos están listos para ser reemplazados, serían eliminados usando procesos químicos o añadiendo nuevas hebras de ADN con distintas secuencias de nucleótidos, eliminando las moléculas de tinte muertas. Entonces se añadirían nuevos cromóforos.

Hay dos elementos clave para que la tecnología imite el mecanismo de auto-reparación de la naturaleza: El reconocimiento molecular y la meta-estabilidad termodinámica, o la capacidad del sistema de disolverse y re-ensamblarse continuamente.

La investigación es una extensión de un trabajo en el que colaboró Choi junto a investigadores de MIT y de la Universidad de Illinois. El trabajo anterior usaba cromóforos biológicos tomados de bacterias, y los hallazgos se detallan en un artículo de investigación publicado en noviembre en la revista Nature Chemistry (http://www.nature.com/nchem/journal/v2/n11/abs/nchem.822.html).

Sin embargo, usar cromóforos naturales es difícil, y deben tomarse y aislarse a partir de bacterias, un proceso que sería caro de reproducir a escala industrial, señala Choi.

“Por tanto, en lugar de usar cromóforos biológicos, queremos usar unos sintéticos hechos de un tinte llamado porfirina”, comenta.