Vom Leben inspirierte Solartechnik
Die Wissenschaftler des Projekts PEPDIODE (Peptide-based diodes for solar cells) entwickelten ein modulares biomimetisches System von Molekülen, die zur Lichternte dienen und als Elektronenleiter agieren. Peptidbasierte Dioden werden den unidirektionalen Fluss von Elektronen ermöglichen. Sie werden gekoppelt, um maßgeschneiderte Bausteine zu erstellen, die Elektronen zu photosynthetischen Modulen tunneln, und so ein Lichtstromerzeugungsgerät zu entwickeln. Das Team entwickelte erfolgreich die Technologie, um dichte Peptidarrays mit einem Peptidlaserdrucker zu synthetisieren. Es erzeugte erfolgreich 10.000 Peptide pro Quadratzentimeter und übertrug sie alle auf eine Trägeroberfläche. Darüber hinaus gelang es den Partnern, die Peptidarrays mit einem Messchip zu koppeln. Erstmals konnten sie das Prinzip nachweisen, das High-Density-Peptid-Arrays - 25 Millionen/cm2 - in kleinen Hohlräumen synthetisiert werden konnten. Insbesondere erzeugten die Wissenschaftler eine nanostrukturierte Oberfläche mit 10.000 Spots/cm2 eines synthetischen Aminosäure-Fluorophors, das Licht mit spezifischen Wellenlängen absorbieren kann. Wichtig war die Schaffung eines Prozesses, um Goldoberflächen auf einzelnen Pixelelektroden mit hervorragendem elektrischem Kontakt zu der komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS)-Komponente zu erzeugen - ein großer Erfolg, wenn man bedenkt, dass Gold mit CMOS-Verarbeitung nicht kompatibel ist. Der Chip konnte auch die Eigenschaften der Stromspannung (I-V) aller Peptide in dem Array gleichzeitig genau messen. Die Forscher entwickelten Proteingerüste und Peptidsequenzen, die verwendet werden können, um Chromophore und Reaktionszentren in definierten Abständen zu einander zu fixieren. Diese können auch verwendet werden, um durch Selbstorganisation künstliche Reaktionszentren, lichtsammelnde Einheiten und peptidbasierte Dioden in definierten subnanoskaligen Abständen zu bilden, was letztlich billige selbstorganisierende, modulare Solarzellen mit den meisten Teilen der Module, die in Escherichia coli gebildet werden, ermöglicht. Das Team verwendete auch kleine Moleküle, die rekombinant exprimiert wurden, um Moleküle zu finden, die angeregte Zustände an nah gelegene Chromophoren übertragen. Darüber hinaus untersuchten sie ein kleines Protein, das ein Chlorophyllpaar ähnlich einem speziellen Paar der Photoreaktionszentren koordinieren könnte. Die PEPDIODE-Technologie wird den Weg für kostengünstige, hocheffiziente organische Solarzellen ebnen, die wesentlich wirtschaftlicher als konventionelle Kraftwerke und mit großen Vorteilen für die Umwelt produzieren könnten.
Schlüsselbegriffe
Peptide, Solarzellen, PEPDIODE, biomimetisch, Lichterntegerät
