UT-nanotechnologen bouwen ‘moleculaire glasvezels’

Nanotechnologen van het onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente hebben ontdekt hoe je het fotosynthesesysteem van bacteriën kunt gebruiken om licht over relatief lange afstanden te transporteren. Ze ontwikkelden een soort 'moleculaire glasvezels', duizend keer dunner dan een menselijke haar.

Alle planten en ook sommige bacteriën gebruiken fotosynthese om zonne-energie op te slaan. Onderzoekers van MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT, hebben nu ontdekt hoe je delen van het fotosynthesesysteem van bacteriën kunt gebruiken om licht te transporteren. De onderzoekers gebruikten in hun experimenten geïsoleerde eiwitten van het zogenaamde Light Harvesting Complex (LHC). In planten- en bacteriecellen transporteren deze eiwitten het zonlicht naar een plaats in de cel waar de zonne-energie wordt opgeslagen. De onderzoekers bouwden met de LHC-eiwitten een soort 'moleculaire glasvezels' duizend keer dunner dan een menselijk haar. 

Draadje

In het experiment fixeerden de onderzoekers de eiwitten op een vaste ondergrond. Ze legden ze in een lijntje achter elkaar en vormden op deze manier een draadje. Vervolgens zonden ze laserlicht naar één punt op die draad. Daarna keken ze waar het licht heen ging. Wat bleek? De lijn met LHC-eiwitten bleek niet alleen het licht te transporteren; het lichttransport ging over veel langere afstanden dan de onderzoekers in eerste instantie hadden verwacht. In de bacterie waaruit de LHC-eiwitten geïsoleerd zijn, worden doorgaans afstanden van circa 50 nanometer overbrugd. In de experimenten van de onderzoekers legde het licht minstens dertig keer langere afstanden af.

Leren van de natuur

Volgens Cees Otto, één van de betrokken onderzoekers, kunnen we door experimenten als deze veel leren van de natuur. "De LHC-eiwitten zijn de bouwstenen die de natuur ons levert. Wat wij gedaan hebben is deze bouwstenen op onze eigen manier ordenen. Hiermee kunnen we natuurlijke processen, zoals het lichttransport in de fotosynthese, beter doorgronden. Als we begrijpen hoe de natuur werkt, kunnen we deze vervolgens imiteren. Op termijn kunnen we dit principe bijvoorbeeld gebruiken in zonnecellen."

Meer informatie

Het artikel 'Long-Range Energy Propagation in Nanometer Arrays of Light Harvesting Antenna Complexes' van Maryana Escalante, Aufried Lenferink, Yiping Zhao, Niels Tas, Jurriaan Huskens, Neil Hunter, Vinod Subramaniam en Cees Otto staat in het aprilnummer van het vakblad Nano Letters. Het onderzoek is uitgevoerd binnen de vakgroepen Nanobiophysics, Medical Cell Biophysics, Molecular Nanofabrication en Transducers Science and Technology van het onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente. In het onderzoek werd samengewerkt met de University of Sheffield. Het onderzoek is volledig gefinancierd door NanoNed. Een digitale versie van het artikel is op verzoek beschikbaar.