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Schaltkreise mit einer Prise Bio
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Forschung

Schaltkreise mit einer Prise Bio

02.10.2012 - Deutsche und israelische Physiker haben Photosynthese-Proteine in elektrische Schaltkreise integriert und so ein neues Messsystem etabliert.

Der Chlorophyllhaltige-Proteinkomplex Photosystem I übernimmt bei der Photosynthese den ersten wichtigen Schritt: Er absorbiert das Licht und schickt Elektronen auf die Reise. Forscher der Technischen Universität München haben in Zusammenarbeit mit der Universität Tel Aviv (Israel) das Photosystem I als ein Bauelement in einen Nanoschaltkreis integriert. Der Komplex behält dabei seine optischen Eigenschaften und kann mit Licht angesteuert werden. Die Nanotechnologen hoffen, dass solche winzigen, lichtgetriebenen Elektronenpumpen einmal den nötigen Strom für Nanomaschinen liefern können. Schon jetzt ist ihr System aber extrem wertvoll für die Forschung. Zum ersten Mal kann man einzelne Moleküle in einem starken optischen Feld elektrisch kontaktieren und den Stromfluss in ihnen messen. Für die aktuelle Publikation vom 30. September in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology untersuchten das Team besagtes Photosystem I und fand heraus, dass nach der Absorption eines Photons ein Elektron mit nahezu 100%iger Effizienz von der einen Seite des Proteinkomplexes zur anderen Schritt für Schritt übertragen wird – und somit ein Strom fließt. Für ein Elektron dauert der Prozess 16 Nanosekunden.

Das Messsystem basiert auf Proteinen des Photosystems I, die sich selbst in der richtigen Orientierung auf einer Goldoberfläche anordnen. Die Komplexe sind dabei mit ihr über Cysteinbrücken fest verbunden. Die andere Seite wird von einer dünn mit Gold überzogenen Glassspitze kontaktiert, die gleichzeitig (die zweite) Elektrode und die Lichtquelle ist. Das ganze Setup ähnelt dem eines optischen Rasternahfeldmikroskops (scanning nearfield optical microscope, SNOM): Die Spitze wandert rasterförmig über die Oberfläche und kontaktiert für die Messungen die einzelnen Proteinkomplexe jeweils nacheinander.

Andere Forscher arbeiten bereits an Solarzellen für eine etwas größer dimensionierte Stromgewinnung, die aber ebenfalls auf dem Prinzip der Photosynthese fußt.

© laborwelt.de/ml

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