Des chercheurs de la Ruhr-Universität Bochum ont découvert pourquoi les bioélectrodes contenant le photosystème complexe de protéines de photosynthèse I ne sont pas stables à long terme. De telles électrodes pourraient être utiles pour convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique d'une manière respectueuse de l'environnement. Cependant, les protéines, qui sont de nature stable, ne sont pas fonctionnels dans les systèmes semi-artificiels à long terme car des molécules réactives se forment qui endommagent le photosystème I.

L'équipe autour du Dr Fangyuan Zhao, Le Dr Felipe Conzuelo et le professeur Wolfgang Schuhmann du Centre des sciences électrochimiques, ainsi que des collègues de la chaire Bochum de biochimie végétale, décrivent les résultats dans la revue Communication Nature .

Une technologie prometteuse :les Bioélectrodes

Felipe Conzuelo décrit le contexte du projet de recherche :« La société est confrontée au grand défi de trouver des moyens plus durables de convertir et de stocker l'énergie. Ici, il est important de comprendre les processus qui limitent encore actuellement la durée de vie des techniques prometteuses. "Parce que c'est le seul moyen de développer des solutions stables à l'avenir, " ajoute Fangyuan Zhao.

Parmi les techniques prometteuses, citons les électrodes dans lesquelles le photosystème I est noyé dans un polymère contenant de l'osmium. Lorsque la protéine photosynthétique est activée par la lumière, il peut séparer les charges positives et négatives très efficacement. Ce gradient de charge peut servir de source d'énergie, pour ainsi dire, et piloter d'autres processus.

Les espèces réactives de l'oxygène limitent la durée de vie

"Le photosystème I fonctionne non seulement efficacement, mais se trouve aussi dans la nature en grande quantité, ce qui le rend intéressant pour les systèmes semi-artificiels de conversion d'énergie", explique Felipe Conzuelo. Cependant, si la bioélectrode fonctionne dans un environnement contenant de l'oxygène, il subit des dommages à long terme.

Les scientifiques de Bochum ont utilisé ce qu'on appelle la microscopie électrochimique à balayage pour observer les processus à la surface des électrodes. Sur cette superficie, le photosystème I est noyé dans un polymère contenant de l'osmium. Ils ont observé quelles molécules se forment à la surface de l'électrode lorsqu'elle est exposée à la lumière. Pour faire ça, ils ont exposé le système à différentes concentrations d'oxygène.

Il a été constaté que l'irradiation avec la lumière produisait des espèces réactives de l'oxygène et du peroxyde d'hydrogène, ce qui peut endommager le photosystème I à long terme. « Sur la base de nos résultats, il semble judicieux de concevoir des bioélectrodes avec photosystème I afin qu'elles puissent fonctionner dans un environnement sans oxygène", Conzuelo conclut.