In the face of global warming and shrinking resources of fossil fuels the interest in solar energy has increased in recent years. However, the low energy and cost efficiency of current solar cells has up to this date hindered solar energy from playing a major role on the energy market. Photon upconversion is the process in which light of low energy is converted to high energy photons. Lately, this phenomenon has attracted renewed interest and ongoing research in this field mainly focuses on solar energy applications, solar cells in particular. The aim of this study was to investigate and evaluate amyloid fibrils as nanotemplates for an upconversion system based on the dyes platinum octaetylporphyrin (PtOEP) and 9,10- diphenylanthracene (DPA). This well-known pair of organic dyes upconverts light in the visible spectrum through a mechanism known as sensitized triplet-triplet annihilation. Amyloid fibrils are β-sheet rich protein fibril structures, formed by self-assembly of peptides. Amyloid fibrils were prepared from whey protein isolate using heat and acidic solutions. Dyes were incorporated according to a wellestablished technique, in which dyes are grinded together with the protein in solid state prior to fibrillization. Photophysical properties of pure fibrils and dye-incorporated fibrils were studied using UV-VIS spectroscopy and fluorescence spectroscopy. Atomic force microscopy was further employed to confirm the presence of amyloid fibrils as well as to study fibril structure. Results indicate that amyloid fibrils may not be the optimal host material for the upconversion system PtOEP/DPA. It was found that the absorption and emission spectra of this system overlap to a great deal with that of the fibrils. Though no upconverted emission clearly generated by the dye system was recorded, anti-Stokes emission was indeed observed. Interestingly, this emission appears to be strongly enhanced by the presence of dyes. It is suggested that this emission may be attributed to the protein residues rather than the amyloid structure. Future studies are encouraged to further investigate these remarkable findings. / Intresset för solceller har ökat under de senaste åren, till stor del tillföljd av den globala uppvärmningen och de sinande oljeresurserna. Dagens solceller har dock problem med låg energi- och kostnadseffektivitet, vilket gör att solenergin än så länge har svårt att hävda sig på energimarknaden. Photon upconversion är ett fotofysikaliskt fenomen där fotoner med låg energi omvandlas till fotoner med hög energi. Den senaste tiden har denna process fått förnyat intresse och forskningen inom området har ökat, inte minst med sikte på att integrera processen i solceller och därmed öka dess effektivitet. Målet med denna studie var att undersöka huruvida amyloidfibriller kan användas som stomme för ett photon upconversion-system baserat på platinum-oktaetylporfyrin (PtOEP) och 9,10-difenylantracen (DPA). Dessa två organiska färgämnen är ett välkänt par som konverterar synligt ljus med låg frekvens till mer hög frekvent ljus i det synliga spektrumet, via en mekanism som kallas sensitized triplet-triplet annihilation. Amyloidfibriller är proteinbaserade fiberstrukturer med hög andel β-flak, vilka bildas genom självassociation av peptider. I denna studie skapades amyloidfibriller av vassleprotein genom upphettning i sur lösning. Färgämnena inkorporerades enligt en välbeprövad metod där proteinet mortlas tillsammans med färgämnena i fast tillstånd, innan fibrilleringsprocessen påbörjas. De fotofysikaliska egenskaperna hos fibriller med och utan färgämnen analyserade med UV-VIS samt fluorescensspektroskopi. Atomkraftsmikroskopi användes för att bekräfta att fibriller fanns i proven, samt för att studera dess struktur. De erhållna resultaten antyder att amyloidfibriller inte är ett optimalt material för systemet PtOEP/DPA, delvis på grund av att absorptions- och emissionsspektrumet för systemet överlappar med fibrillernas egna spektrum. Anti-Stokes emission detekterades, men denna är med stor sannolikhet inte orsakad av färgämnena. Dock noterades, intressant nog, att denna emission ökar betydligt i närvaro av färgämnena. En möjlighet är att denna emission är kopplad till monomerer i proteinet snarare än till fibrillstrukturen, eftersom emission observerades hos både nativt och fibrillerat protein. Framtida studier uppmuntras att vidare undersöka dessa effekter.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-215658 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Berkowicz, Sharon, Olsson, Helena, Broberg, Henrik |
| Publisher | KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0117 seconds