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FP7

Quantum BioTech Résultat en bref

Project ID: 293449
Financé au titre de: FP7-PEOPLE
Pays: Italie

Des effets quantiques dans les systèmes biologiques

La mécanique quantique apporte la description la plus précise du monde à échelle «microscopique». Des chercheurs financés par l'UE ont étudié des domaines de la biologie dont on pense qu'ils sont également influencés par des phénomènes quantiques.
Des effets quantiques dans les systèmes biologiques
De récentes expériences utilisant la spectroscopie ultra rapide ont permis de fouiller dans des processus biochimiques dans des organismes vivants. Dans le cadre du projet financé par l'UE QUANTUM BIOTECH (Quantum phenomena in biology: Theory and experiments towards novel solar energy quantum technologies), les chercheurs ont étudié la photosynthèse.

Au cours de la photosynthèse, l'énergie transportée par les photons est absorbée par des antennes de récolte de la lumière. L'excitation électronique de chaque antenne est alors transportée vers un centre de réaction où la séparation des charges conduit à des formes plus stables d'énergie chimique. Les chercheurs ont développé des modèles théoriques pour représenter ce transfert d'énergie.

De manière spécifique, l'équipe QUANTUM BIOTECH a exploité le formalisme théorique des voies stochastiques quantiques pour décrire le transfert d'énergie vers le centre de réaction via de grandes structures complexes. Dans le cas des bactéries de soufre vertes, les photons récoltés sont transférés via le complexe Fenna-Matthews-Olson (FMO).

Ce qui est remarquable est l'efficacité observée du complexe FMO car presque chaque photon observé est transféré avec succès au centre de réaction. Les chercheurs ont alors étudié la possibilité d'améliorer de tels processus de récolte de la lumière en utilisant des sources de rayonnement cohérent.

Lors de la photosynthèse, alors que les photons atteignent les récepteurs appelés chromophores, ces derniers produisent des excitons. Ces particules quantiques d'énergie sautent d'un chromophore à l'autre jusqu'à atteindre le centre de réaction où leur énergie est recueillie pour former des molécules soutenant la vie. Les excitons suivent des voies aléatoires sauf s'ils profitent des effets quantiques leur permettant de suivre plusieurs voies à la fois et d'en choisir les meilleures.

Les chercheurs ont créé un virus pouvant doubler la vitesse des excitons et améliorer ainsi considérablement le processus. Ils ont produit, en particulier, de nombreuses variantes du virus adhérant à de nombreux chromophores synthétiques dont des colorants organiques. Les virus choisis disposaient des bonnes échelles de longueur pour soutenir l'effet quantique Boucle d'or (Goldilock).

L'équipe de QUANTUM BIOTECH s'est basé sur la spectroscopie au laser et la modélisation dynamique pour «observer» le processus de récolte de la lumière en utilisant la cohérence quantique pour améliorer le transport des excitons. Les résultats du projet font preuve de concept et ouvrent la voie vers le développement peu onéreux et efficace de cellules solaires et de catalyseurs pilotés par la lumière.

Informations connexes

Mots-clés

Mécanique quantique, QUANTUM BIOTECH, photosynthèse, bactéries du soufre vertes, cellules solaires
Numéro d'enregistrement: 175003 / Dernière mise à jour le: 2016-09-19
Domaine: Biologie, Médecine