Lichtsammler für Zellmembranen
In der Plasmamembran befinden sich zahlreiche Proteine, die verschiedene wichtige Funktionen erfüllen. Einige diese integralen Membranproteine sind lichtempfindlich, insbesondere in Grünpflanzen und Bakterien, bei denen sie eine Rolle bei der Photosynthese oder anderen Arten der Aufnahme von Sonnenlicht spielen. Das elektromagnetische Spektrum (EM) umfasst Strahlung aller Frequenzen, lichtempfindliche integrale Membranproteine (photosensitive integral membrane proteins, PIMPs) verwenden üblicherweise jedoch nur einen kleinen Teil des EM, wodurch ihre Effizienz abnimmt. Der ultraviolette (UV) bis blaue Bereich des EM ist ungenutzt. Im Rahmen des Projekts "Energy conversion within the hybrid materials engineered from the nanocrystals quantum dots and photochromic membrane proteins" (Nanophotochrome) wurden Kenntnisse der Nanotechnologie und der Gentechnik genutzt, um einen auf der Membran befindlichen Antennenkomplex zu entwickeln, wodurch die Effizienz der Lichtaufnahme durch photosynthetische Reaktionszentren (reaction centres, RCs) oder das energieerzeugende PIMP Bacteriorhodopsin (BR) erhöht wird. Bei Quantenpunkten (quantum dots, QDs) handelt es sich um einzigartige Nanomaterialien, die ein breites Spektrum an Licht aufnehmen, einschließlich des gesuchten Spektrums, und es in einen engeren und in diesem Fall biologisch nutzbaren Bereich umwandeln können. Die Wissenschaftler entwickelten erfolgreich optisch gekoppelte Transferdonator (QD)-Akzeptor-(PIMP Chromophor)-Paare (PIMP-QDs) als hybride Nanoeinheiten, welche die Photosynthese in lichtaufnehmenden und energieübertragenden Systemen verbessern. Sie weiteten ihre Arbeit aus, um die Entwicklung derartiger Materialien für die Anwendung in der Photovoltaik einzubeziehen. Schließlich untersuchten die Projektpartner den Energietransfer in hybriden Materialien und in Immunkomplexen im Hinblick auf die Entwicklung eines Diagnoseverfahrens zum Erkennen von Metastasen bei Brustkrebs. Das Nanophotochrome-Projekt entwickelte zusammenfassend also ein neuartiges nanotechnisch-biologisches Hybridsystem zur Erhöhung der Lichtaufnahme in biologischen Systemen. Die Technologie findet eine breite Anwendung, sowohl zur Erhöhung der Effizienz von Grünpflanzen und einigen Bakterien sowie im photovoltaischen Energiesektor und zur Krebserkennung.
