La photosynthèse permet aux plantes de convertir la lumière en énergie chimique. L'utilisation de ce procédé pour produire de l'énergie électrique est un objectif de recherche dans le monde entier. Aujourd'hui, une équipe de scientifiques de la Technische Universitaet Muenchen et de l'Université de Tel Aviv a réussi à dériver et mesurer directement le courant photoélectrique généré par des molécules uniques du photosystème I.

Une équipe de scientifiques, dirigé par Joachim Reichert, Johannes Barth, et Alexander Holleitner (Technische Universitaet Muenchen), et Itai Carmeli (Université de Tel-Aviv) ont développé une méthode pour mesurer les photocourants d'un système protéique photosynthétique fonctionnalisé unique. Les scientifiques ont pu démontrer qu'un tel système peut être intégré et traité de manière sélective dans des architectures de dispositifs photovoltaïques artificiels tout en conservant leurs propriétés fonctionnelles biomoléculaires. Les protéines représentent la lumière, des pompes à électrons à molécule unique hautement efficaces qui peuvent agir comme des générateurs de courant dans des circuits électriques à l'échelle nanométrique. L'équipe interdisciplinaire publie les résultats dans Nature Nanotechnologie cette semaine.

Le scientifique a étudié le centre de réaction du photosystème I, qui est un complexe protéique de la chlorophylle situé dans les membranes des chloroplastes des cyanobactéries. Les plantes, les algues et les bactéries utilisent la photosynthèse pour convertir l'énergie solaire en énergie chimique. Les étapes initiales de ce processus - où la lumière est absorbée et l'énergie et les électrons sont transférés - sont médiées par des protéines photosynthétiques composées de complexes de chlorophylle et de caroténoïdes. Jusqu'à maintenant, aucune des méthodes disponibles n'était suffisamment sensible pour mesurer les photocourants générés par une seule protéine. Le photosystème-I présente des propriétés optoélectroniques exceptionnelles que l'on ne trouve que dans les systèmes photosynthétiques. La dimension nanométrique fait en outre du photosystème-I une unité prometteuse pour des applications en optoélectronique moléculaire.

Le premier défi que les physiciens ont dû relever était le développement d'une méthode pour contacter électriquement des molécules uniques dans des champs optiques puissants. L'élément central du nanodispositif réalisé sont des protéines photosynthétiques auto-assemblées et liées de manière covalente à une électrode en or via des groupes de mutation de cystéine. Le photocourant a été mesuré au moyen d'une pointe en verre recouverte d'or utilisée dans une configuration de microscopie optique à balayage en champ proche. Les protéines photosynthétiques sont excitées optiquement par un flux de photons guidé à travers la pointe tétraédrique qui assure en même temps le contact électrique. Avec cette technique, les physiciens ont pu surveiller le photocourant généré dans des unités protéiques uniques.