يستخدم الكيميائيون البروتين الصناعي لإنتاج النقاط الكمومية في درجة حرارة الغرفة

أنشأ باحثون في الولايات المتحدة نقاطًا كمومية باستخدام تفاعلات كيميائية حيوية في درجة حرارة الغرفة يتم تحفيزها بواسطة بروتين اصطناعي. طورت بواسطة ليا سبانجلر, مايكل هيشت وزملاؤهم في جامعة برينستون ، يمكن أن تؤدي هذه التقنية إلى طرق أكثر استدامة لتصنيع النقاط الكمومية على المستويات الصناعية.

النقاط الكمومية هي بلورات نانوية لمواد شبه موصلة لها خصائص كمومية مفيدة تقع بين تلك المواد السائبة والذرات الفردية. مع التطبيقات المثيرة بما في ذلك الخلايا الشمسية وشاشات LED وتقنيات الكم ، يعد البحث في النقاط الكمومية موضوعًا ساخنًا. ومع ذلك ، فإن تصنيع هياكل أشباه الموصلات الصغيرة هذه غالبًا ما يتطلب درجات حرارة عالية ومذيبات سامة - لذلك يبحث الباحثون عن طرق لجعل النقاط الكمومية أكثر صداقة للبيئة.

في هذه الدراسة ، درس الفريق كيف يمكن صنع النقاط الكمومية باستخدام تفاعلات كيميائية حيوية مضبوطة بدقة تتضمن بروتينًا غير موجود بشكل طبيعي في الأنظمة البيولوجية. بدلاً من ذلك ، تم صنع البروتين في المختبر من خلال الجمع بين الأحماض الأمينية التي تحدث بشكل طبيعي.

جعل المعادن آمنة

يسمى هذا البروتين Construct K (ConK) وتم تصنيعه لأول مرة في عام 2016. أظهر العمل السابق أن ConK يسمح كولاي البكتيريا للبقاء على قيد الحياة تركيزات النحاس السامة. على الرغم من أن الآليات الكيميائية التي تعزز بقاء البكتيريا غير مفهومة تمامًا ، إلا أن العلماء يشكون في أنها تنطوي على عمليات تحفيز تتسبب في ارتباط ذرات المعدن بالجزيئات - مما يجعل الذرات أقل سمية. في الطبيعة ، يتم تحقيق عملية مماثلة بواسطة البروتينات الطبيعية الموجودة في بعض أنواع البكتيريا التي يمكن أن تعيش في تركيزات عالية من المعادن.

غالبًا ما تُصنع النقاط الكمومية من أشباه الموصلات المركبة مثل كبريتيد الكادميوم - والذي يتضمن معدن الكادميوم السام. نتيجة لذلك ، توقع هيشت وزملاؤه أنه يمكن استخدام ConK في تخليق النقاط الكمومية لكبريتيد الكادميوم. وجد الفريق أن ConK كان قادرًا على تحفيز تكسير الحمض الأميني السيستين ، وخلق منتجات ثانوية بما في ذلك كبريتيد الهيدروجين. يمكن أن يتفاعل هذا المركب بعد ذلك مع الكادميوم لتكوين البلورات النانوية لكبريتيد الكادميوم.

يمكن لمصفوفة النقاط الكمومية أن تصنع مفاتيح طاقة فائقة الانخفاض

عند مقارنتها بالبروتينات الطبيعية ، وجد فريق Hecht أن نهجها الجديد له ميزتان رئيسيتان مرتبطتان بالنمو البطيء للبلورات النانوية عند إنشائها باستخدام ConK. تتمثل إحدى الميزات في أن البلورات النانوية لكبريتيد الكادميوم يتم إنشاؤها في الغالب بنفس التركيب البلوري ، بدلاً من مزيج من بنيتين بلوريتين مختلفتين. والثاني هو أن البلورات النانوية تستقر عند أحجام تقارب 3 نانومتر ، وإن كانت بأشكال غير منتظمة قليلاً.

يقول سبانجلر: "النقاط الكمومية التي نصنعها ليست بجودة عالية حتى الآن ، ولكن يمكن تحسينها من خلال ضبط التوليف". "يمكننا تحقيق جودة أفضل من خلال هندسة البروتين للتأثير في تكوين النقاط الكمومية بطرق مختلفة."

في المستقبل ، يأملون أن تؤدي هذه التقنية إلى تصنيع على نطاق صناعي لنقاط كمومية مستقرة وعالية الجودة في درجة حرارة الغرفة - مما يضمن مستقبلًا أكثر استدامة لصناعة النقاط الكمومية سريعة النمو.

تم وصف البحث في وقائع الاكاديمية الوطنية للعلوم.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/