Una nueva tecnología fotovoltaica se repara a sí misma/New Self-Assembling Photovoltaic Technology Repairs Itself

Las plantas son buenas haciendo algo que los científicos y los ingenieros llevan décadas esforzándose por lograr: convertir la luz del sol en energía almacenada y hacerlo, además, de forma fiable día tras día y año tras año. Ahora, algunos científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han conseguido imitar un aspecto clave de ese proceso.
Uno de los problemas que tiene la captación de luz solar es que los rayos de sol pueden ser enormemente dañinos para muchos materiales. La luz solar provoca una degradación paulatina de muchos de los sistemas desarrollados para utilizarla. Pero las plantas han adoptado una estrategia interesante para hacer frente a ese problema. Desintegran continuamente las moléculas que capturan la luz y las vuelven a ensamblar desde el principio, de modo que las estructuras básicas que capturan la energía del sol siempre son, de hecho, completamente nuevas.
Ahora, ese proceso lo han imitado Michael Strano, titular de la cátedra adjunta de ingeniería química Charles y Hilda Roddey, y su equipo de investigadores y estudiantes de posgrado. Los investigadores han creado un novedoso conjunto de moléculas autoensamblables capaces de convertir la luz solar en electricidad. Estas moléculas pueden desintegrarse una y otra vez y luego volver a ensamblarse rápidamente con solo añadir o retirar una solución adicional. El artículo que han escrito sobre este trabajo se ha publicado el 5 de septiembre en Nature Chemistry.
Uno de los objetivos a largo plazo de las investigaciones de Strano ha sido encontrar modos de imitar los principios que se encuentran en la naturaleza utilizando “nanocomponentes”. En el caso de las moléculas que intervienen en la fotosíntesis de las plantas, la forma reactiva del oxígeno que se genera por acción de la luz solar hace que las proteínas se descompongan de un modo muy concreto. Según lo describe Strano, el oxígeno “suelta una correa que mantiene unida la proteína”, pero esas mismas proteínas vuelven a ensamblarse rápidamente para que se repita el proceso.
Esta acción tiene lugar dentro de unas diminutas cápsulas llamadas cloroplastos que se encuentran en todas las células vegetales (y que son el lugar donde se lleva a cabo la fotosíntesis). El cloroplasto es “una máquina asombrosa”, dice Strano. “Son unos extraordinarios motores que consumen dióxido de carbono y utilizan la luz para producir glucosa”, un compuesto químico que proporciona energía para el metabolismo.
Para imitar ese proceso, Strano y su equipo fabricaron unas moléculas sintéticas llamadas fosfolípidos que forman discos; estos discos proporcionan un soporte estructural a otras moléculas que son las que realmente reaccionan a la luz, dentro de estructuras llamadas centros de reacción, que liberan electrones cuando son golpeadas por las partículas de la luz.


Plants are good at doing what scientists and engineers have been struggling to do for decades: converting sunlight into stored energy, and doing so reliably day after day, year after year. Now some MIT scientists have succeeded in mimicking a key aspect of that process.
One of the problems with harvesting sunlight is that the sun's rays can be highly destructive to many materials. Sunlight leads to a gradual degradation of many systems developed to harness it. But plants have adopted an interesting strategy to address this issue: They constantly break down their light-capturing molecules and reassemble them from scratch, so the basic structures that capture the sun's energy are, in effect, always brand new.
That process has now been imitated by Michael Strano, the Charles and Hilda Roddey Associate Professor of Chemical Engineering, and his team of graduate students and researchers. They have created a novel set of self-assembling molecules that can turn sunlight into electricity; the molecules can be repeatedly broken down and then reassembled quickly, just by adding or removing an additional solution. Their paper on the work was published on Sept. 5 in Nature Chemistry
One of Strano's long-term research goals has been to find ways to imitate principles found in nature using nanocomponents. In the case of the molecules used for photosynthesis in plants, the reactive form of oxygen produced by sunlight causes the proteins to fail in a very precise way. As Strano describes it, the oxygen "unsnaps a tether that keeps the protein together," but the same proteins are quickly reassembled to restart the process.
This action all takes place inside tiny capsules called chloroplasts that reside inside every plant cell -- and which is where photosynthesis happens. The chloroplast is "an amazing machine," Strano says. "They are remarkable engines that consume carbon dioxide and use light to produce glucose," a chemical that provides energy for metabolism
To imitate that process, Strano and his team, produced synthetic molecules called phospholipids that form discs; these discs provide structural support for other molecules that actually respond to light, in structures called reaction centers, which release electrons when struck by particles of light

Tomado de/Taken from ScienceDaily/Plataforma SINC

Abstract of the paper
Photoelectrochemical complexes for solar energy conversion that chemically and autonomously regenerate
Moon-Ho Ham1,Jong Hyun Choi, Ardemis A. Boghossian, Esther S. Jeng, Rachel A. Graff, Daniel A. Heller, Alice C. Chang, Aidas Mattis, Timothy H. Bayburt, Yelena V. Grinkova, Adam S. Zeiger, Krystyn J. Van Vliet, Erik K. Hobbie, Stephen G. Sligar, Colin A. Wraight & Michael S. Strano
Nature, Published online: 05 September 2010 doi:10.1038/nchem.822

Abstract
Naturally occurring photosynthetic systems use elaborate pathways of self-repair to limit the impact of photo-damage. Here, we demonstrate a complex consisting of two recombinant proteins, phospholipids and a carbon nanotube that mimics this process. The components self-assemble into a configuration in which an array of lipid bilayers aggregate on the surface of the carbon nanotube, creating a platform for the attachment of light-converting proteins. The system can disassemble upon the addition of a surfactant and reassemble upon its removal over an indefinite number of cycles. The assembly is thermodynamically metastable and can only transition reversibly if the rate of surfactant removal exceeds a threshold value. Only in the assembled state do the complexes exhibit photoelectrochemical activity. We demonstrate a regeneration cycle that uses surfactant to switch between assembled and disassembled states, resulting in an increased photoconversion efficiency of more than 300% over 168 hours and an indefinite extension of the system lifetime