Nano-Energieforschung

Künstliche Photosynthese: Hocheffiziente Lichtsammelkomplexe - Multispektrale 4D-Charakterisierung der Energietransferprozesse

Projektleiter: Prof. Dr. Walter Neu
Kooperationspartner: Prof. Dr. Christoph Lienau, Prof. Dr. Jens Christoffers, Prof. Dr. Karl-Wilhelm Koch

Biologische Lichtsammelkomplexe wandeln mit sehr hoher Quantenausbeute Licht in chemische Energie um. Diese Kopplung von Proteinen und Chromophoren, wie z.B. bei In Modellkomplexen wie Rhodopsin (Rezeptorprotein im Sehprozess), Bakteriorhodopsin (bakterielle Photosynthese) oder Chlorophyll führt die elektronische Kopplung zwischen Proteinen und Chromophoren zu enorm hohen Absorptionskoeffizienten von nahezu 90% und Quanteneffizienzen von fast 100%. Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der relevanten Elementarprozesse mittels schneller multikonfokaler Ramanmikroskopie und zeitlich hochaufgelöster optischer Spektroskopie. Diese Methoden erlauben eine detaillierte Untersuchung der Symmetrieeigenschaften der elektronischen Zustände. Sie geben darüber hinaus Aufschluss über die der Licht-Energie-Wandlung zugrundeliegenden Energietransferprozesse, Ladungstransportwege, Quanteneffekte und Strukturänderungen auf molekularer Ebene. Die hohe molekular- und aggregatspezifische Selektivität der verwandten Methoden basiert auf dem charakteristischen Schwingungsspektrum der Moleküle und erfordert daher kein Labeling wie bei der Fluoreszenzmikroskopie. Langreichweitige Wechselwirkungen mit der Proteinumgebung und Effekte kommunizierender Zellen können simultan räumlich und spektral charakterisiert werden. Mit dem Verständnis sowohl der molekularen Einzelprozesse als auch der Ladungstransferwege und der Energieumwandlung wird eine Nutzung in künstlichen Photosynthesesystemen mit ähnlich hoher Quantenausbeute wie in natürlichen Systemen möglich.

M. Schellenberg, M. Kloster, J. Napier, E. Peev, W. Neu, Digital micromirror device based confocal 4D microscopy, Emerging Digital Micromirror Device Based Systems and Applications IV, Michael R. Douglass; Patrick I. Oden (Eds.), Proceeding of SPIE Vol. 8254, 825407 (2012).

M. Schellenberg; E. Peev; M. Kloster; J. Napier; W. Neu, Two-photon time-resolved confocal microscopy using a digital micromirror device, Emerging Digital Micromirror Device Based Systems and Applications III. Proceedings of SPIE, Vol. 7932, 79320H (2011).

M. Schellenberg, E. Peev, M. Kloster, W. Neu, Real Time Visualization of Megavoxel Data in Confocal Microscopy, Photogrammetrie-Laserscanning-Optische 3D-Messtechnik. Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2010. S. 259. Hrsg.: Th. Luhmann/Ch. Müller. Heidelberg, München, Landsberg, Berlin: Herbert Wichmann Verlag (2010)