Una bacteria llamada Moorella thermoacetica no funcionará de forma gratuita. Pero los investigadores de UC Berkeley han descubierto que tiene apetito por el oro. Y a cambio de este regalo especial, la bacteria ha revelado un camino más eficiente para producir combustibles solares a través de productos artificialesfotosíntesis.
M. thermoacetica debutó por primera vez como la primera bacteria no fotosensible en llevar a cabo la fotosíntesis artificial en un estudio dirigido por Peidong Yang, profesor de la Facultad de Química de la Universidad de California en Berkeley. Al unir nanopartículas absorbentes de luz hechas de sulfuro de cadmio CdS al exterior de la membrana bacteriana, los investigadores convirtieron M. thermoacetica en una pequeña máquina de fotosíntesis, convirtiendo la luz solar y el dióxido de carbono en productos químicos útiles.
Ahora Yang y su equipo de investigadores han encontrado una mejor manera de atraer a este CO 2 la bacteria hambrienta para ser aún más productiva. Al colocar nanoclusters de oro absorbentes de luz dentro de la bacteria, han creado un sistema biohíbrido que produce un mayor rendimiento de productos químicos que lo demostrado previamente. La investigación, financiada por los Institutos Nacionales de Salud, fue publicado el 1 de octubre en Nanotecnología de la naturaleza .
Para el primer modelo híbrido, M. thermoacetica-CdS, los investigadores eligieron el sulfuro de cadmio como semiconductor por su capacidad de absorber la luz visible. Pero debido a que el sulfuro de cadmio es tóxico para las bacterias, las nanopartículas tuvieron que unirse a la membrana celular ".extracelularmente "o fuera del sistema M. thermoacetica-CdS. La luz solar excita cada nanopartícula de sulfuro de cadmio para generar una partícula cargada conocida como electrón. A medida que estos electrones generados por la luz viajan a través de la bacteria, interactúan con múltiples enzimas en un proceso conocidocomo "CO 2 reducción, "desencadenando una cascada de reacciones que eventualmente convierte CO 2 en acetato, un químico valioso para fabricar combustibles solares.
Pero dentro del modelo extracelular, los electrones terminan interactuando con otras sustancias químicas que no participan en el cambio de CO 2 en acetato. Y como resultado, algunos electrones se pierden y nunca alcanzan las enzimas. Entonces, para mejorar lo que se conoce como "eficiencia cuántica" o la capacidad de la bacteria de producir acetato cada vez que gana un electrón, los investigadores encontraron otro semiconductor: nanoclusters hechos de 22 átomos de oro Au22, un material al que M. thermoacetica le dio un brillo sorprendente.
"Seleccionamos Au22 porque es ideal para absorber la luz visible y tiene el potencial de conducir el CO 2 proceso de reducción, pero no estábamos seguros de si sería compatible con las bacterias ", dijo Yang." Cuando las inspeccionamos bajo el microscopio, descubrimos que las bacterias estaban cargadas con estos grupos de Au22, y todavía estaban felicesviva."
La imagen del sistema M. thermoacetica-Au22 se realizó en el Centro de Imagenología Molecular de UC Berkeley.
Los investigadores también seleccionaron Au22 ¬- denominado por los investigadores como nanoclusters de oro "mágicos", por su tamaño ultra pequeño: un solo nanocluster Au22 tiene solo 1 nanómetro de diámetro, lo que permite que cada nanocluster se deslice fácilmente a través de la pared celular bacteriana.
"Al alimentar bacterias con nanoclusters Au22, hemos simplificado efectivamente el proceso de transferencia de electrones para el CO 2 vía de reducción dentro de la bacteria, como lo demuestra una eficiencia cuántica de 2.86 por ciento, o 33 por ciento más de acetato producido dentro del sistema M. thermoacetica-Au22 que el modelo CdS ", dijo Yang.
El nanocluster de oro mágico es el último descubrimiento que sale del laboratorio de Yang, que durante los últimos seis años se ha centrado en usar nanoestructuras biohíbridas para convertir CO 2 en productos químicos útiles como parte de un esfuerzo continuo para encontrar recursos asequibles y abundantes para combustibles renovables y posibles soluciones para frustrar los efectos del cambio climático.
"A continuación, nos gustaría encontrar una manera de reducir los costos, mejorar la vida útil de estos sistemas biohíbridos y mejorar la eficiencia cuántica", dijo Yang. "Al continuar observando el aspecto fundamental de cómo se están fotoactivando los nanoclusters de oro"y siguiendo el proceso de transferencia de electrones dentro del CO 2 vía de reducción, esperamos encontrar soluciones aún mejores "
Los coautores con Yang son el estudiante graduado de UC Berkeley Hao Zhang y el ex becario postdoctoral Hao Liu, ahora en la Universidad de Donghua en Shanghai, China.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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