Descripción del proyecto
Obtención de imágenes de la vía de transferencia de luz a carga en la fotosíntesis
El motor de la vida vegetal es una fotosíntesis muy eficaz, pero los mecanismos exactos que la sustentan siguen siendo un misterio. El equipo del proyecto FastTrack, financiado con fondos europeos, pretende comprender mejor cómo la naturaleza convierte y transporta la energía solar. Los investigadores estudiarán cómo se transporta la energía a nanoescala mediante el uso de microscopía óptica de superresolución para rastrear el transporte de membrana y cuantificar la difusión. También cuantificarán la velocidad y la eficacia de la separación de cargas en los centros de reacción de la fotosíntesis utilizando grafeno fototermoeléctrico ultrarrápido y detección fotoelectroquímica. Por último, el equipo del proyecto utilizará imágenes espectroscópicas y funcionales para visualizar cómo responden las membranas, concretamente los cambios en la densidad de empaquetamiento, el orden, la difusión y las vías de separación de cargas. El objetivo a largo plazo es desarrollar una fotosíntesis artificial para su uso en la energía solar.
Objetivo
The conversion of sunlight photons to electrons is the essence of the natural photosynthesis that powers life. Dedicated antennas funnel the suns energy towards reaction centres. Amazingly, nature reaches almost perfect photon-to-electron conversion efficiency, while it regulates down at high light level for protection and survival.
How does nature dynamically re-organize the membrane architecture, its packing, order, diffusion, on light stress? Which pathways are taken to charge separation? What is the role of fluctuations, coherences, color and vibrations?
My group recently succeeded in first detection of the fs spectral progression of a single exciton, the nanoscale tracking of electron transport and reveal energy disorder of a single photosynthetic complex. These pioneering results, together with our expertise in fs pulse control and nanoimaging, set the grounds to now address photosynthetic light-to-charge transfer in real nanospace and ultrafast. Specific objectives are:
Energy transport on the nanoscale: tracking spatiotemporal membrane transport by super-resolved transient optical microscopy and nanophotonic light localization: to reveal disorder and quantify diffusion.
Light to charge: photo-current detection of the energy flow: by ultrafast photo-thermoelectric graphene and photo-electrochemical detection I will probe charge separation of the reaction center directly, quantify rate and efficiency.
Multidimensional spectra on the nanoscale: by collinear 2D spectroscopic imaging with photocurrent and fluorescence detection, I will map the development of the energy landscape, at special membrane spots, ultimately on a single complex.
Functional imaging: visualize the dynamic light-response of the membrane architecture, the changes in packing density, (dis)order, diffusion and pathways to charge separation.
The novel tool-set of FastTrack and the insights on natures energy strategies are directly relevant for artificial photosynthesis and solar technology.
Palabras clave
- Photosynthetic complex
- Energy transfer efficiency
- Transient microscopy
- Light-harvesting membrane
- Membrane transport
- Nanoscale imaging
- Reaction center
- Exciton diffusion
- Multi-dimensional spectroscopy
- Electrochemistry
- Graphene photo-detection
- Antenna complex
- Charge separation
- Photocurrent
- photoprotection
- Single molecule detection
- (Dis)order
- Ultrafast spectroscopy
- Exciton delocalization
- Light diffusion
Programa(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Régimen de financiación
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitución de acogida
08860 Castelldefels
España