Tecnologia Científica

Buckyballs em DNA para coletar luz
Moléculas orga¢nicas que capturam fa³tons e os convertem em eletricidade tem aplicações importantes para a produção de energia verde.
Por Fronteiras - 24/02/2021


Doma­nio paºblico

Moléculas orga¢nicas que capturam fa³tons e os convertem em eletricidade tem aplicações importantes para a produção de energia verde. Os complexos coletores de luz precisam de dois semicondutores, um doador de elanãtrons e um aceitador. O quanto bem eles funcionam émedido por sua eficiência qua¢ntica, a taxa pela qual os fa³tons são convertidos em pares elanãtron-buraco.

A eficiência qua¢ntica émenor do que a ideal se houver "auto-extinção", onde uma molanãcula excitada por um fa³ton que entra doa parte de sua energia para uma molanãcula não excitada idaªntica, produzindo duas moléculas em um estado de energia intermediário muito baixo para produzir um elanãtron - par de orifa­cios. Mas se os doadores e aceitadores de elanãtrons estiverem mais espaa§ados, a auto-extinção élimitada, de modo que a eficiência qua¢ntica melhora.

Em um novo artigo na Frontiers in Chemistry , pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) sintetizam um novo tipo de supramolanãcula orga¢nica de coleta de luz com base no DNA. A dupla hanãlice do DNA atua como um andaime para organizar croma³foros (ou seja, corantes fluorescentes ) - que funcionam como doadores de elanãtrons - e "fulerenos" - aceitadores de elanãtrons - em trêsDimensões para evitar a auto-extinção.

"O DNA éum andaime atraente para a construção de supramoléculas de coleta de luz: sua estrutura helicoidal , distâncias fixas entre nucleobases e pareamento de bases cana´nicas controlam com precisão a posição dos croma³foros. Aqui, mostramos que fulerenos de carbono, ligados a nucleosa­deos modificados inseridos na hanãlice de DNA , aumentam muito a eficiência qua¢ntica. Tambanãm mostramos que a estrutura 3-D da supramolanãcula persiste não apenas na fase la­quida, mas também na fase sãolida, por exemplo, em futuras células solares orga¢nicas ", diz o autor principal Dr. Hans-Achim Wagenknecht, Professor de Quí­mica Orga¢nica no Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

O DNA fornece uma estrutura regular, como contas em um fio helicoidal

Como andaime, Wagenknecht e colegas usaram DNA de fita simples, fitas de desoxiadenosina (A) e timina (T) com 20 nucleota­deos de comprimento. Esse comprimento foi escolhido porque a teoria sugere que oligonucleota­deos de DNA mais curtos não se montariam ordenadamente, enquanto os mais longos não seriam solaºveis em a¡gua. Os croma³foros eram pireno fluorescente com violeta e moléculas de vermelho do Nilo com fluorescaªncia vermelha, cada uma ligada não covalentemente a um aºnico nucleosa­deo de uracila (U) -deoxirribose sintanãtico. Cada nucleosa­deo foi emparelhado com a base do DNA, mas a ordem dos pirenos e dos vermelhos do Nilo foi deixada ao acaso durante a automontagem.
 
Para os aceitadores de elanãtrons, Wagenknecht et al. testou duas formas de "fulerenos" - também chamados de fulerenos - que são conhecidos por terem uma excelente capacidade de "extinção" (aceitar elanãtrons). Cada buckyball era um globo oco construa­do a partir de ananãis interligados de cinco ou seis a¡tomos de carbono, para um total de 60 carbonos por molanãcula. A primeira forma de fulereno testada se liga de forma não especa­fica ao DNA por meio de cargas eletrosta¡ticas. A segunda forma - não testada anteriormente como um aceptor de elanãtrons - foi covalentemente ligada por meio de um anãster mala´nico a dois nucleosa­deos U-desoxirribose flanqueadores, o que permitiu que ela fosse emparelhada com base a um nucleota­deo A no DNA.

Alta eficiência qua¢ntica, inclusive em fase sãolida

Os pesquisadores confirmaram experimentalmente que a estrutura 3-D da supramolanãcula baseada em DNA persiste em fase sãolida: um requisito crucial para aplicações em células solares. Para este fim, eles testaram supramoléculas com qualquer forma de fulerenos como a camada ativa em uma canãlula solar em miniatura. Os construtos mostraram excelente separação de carga - a formação de um buraco positivo e carga de elanãtron negativa no croma³foro e sua aceitação por fulerenos pra³ximos - com qualquer forma de buckyball, mas especialmente para a segunda forma. Os autores explicam isso desde a ligação mais especa­fica, por meio do pareamento de bases cana´nico, ao andaime de DNA pela segunda forma, que deve resultar em uma distância menor entre o fulereno e o croma³foro. Isso significa que a segunda forma éa melhor escolha para uso em células solares.

a‰ importante ressaltar que os autores também mostram que a supramolanãcula DNA-corante- buckyball tem forte dicroa­smo circular, ou seja, émuito mais reativa a  luz polarizada a  esquerda do que a  direita, devido a  sua complexa estrutura helicoidal 3-D - mesmo em a fase sãolida .

"Nãoespero que todos tenham células solares com DNA em seus telhados em breve. Mas a quiralidade do DNA seráinteressante: as células solares baseadas em DNA podem detectar luz polarizada circularmente em aplicações especializadas", conclui Wagenknecht.

 

.
.

Leia mais a seguir