Kemikere bruger syntetisk protein til at producere kvanteprikker ved stuetemperatur

Forskere i USA har skabt kvanteprikker ved hjælp af biokemiske reaktioner ved stuetemperatur, der katalyseres af et syntetisk protein. Udviklet af Leah Spangler, Michael Hecht og kolleger ved Princeton University, kunne teknikken føre til mere bæredygtige metoder til fremstilling af kvanteprikker i industriel skala.

Kvanteprikker er nanokrystaller af halvledermaterialer, der har nyttige kvanteegenskaber, der falder mellem dem af bulkmaterialer og individuelle atomer. Med spændende applikationer, herunder solceller, LED-skærme og kvanteteknologier, er forskning i kvanteprikker et varmt emne. Fremstillingen af ​​disse bittesmå halvlederstrukturer kræver dog ofte både høje temperaturer og giftige opløsningsmidler - så forskere er på udkig efter måder at lave kvanteprikker på, der er mere miljøvenlige.

I undersøgelsen undersøgte holdet, hvordan kvanteprikker kunne laves ved hjælp af finjusterede biokemiske reaktioner, der involverer et protein, der ikke findes naturligt i biologiske systemer. I stedet blev proteinet lavet i laboratoriet ved at kombinere naturligt forekommende aminosyrer.

Gør metaller sikre

Det protein hedder Construct K (ConK), og det blev først syntetiseret i 2016. Tidligere arbejde har vist, at ConK tillader E coli bakterier for at overleve giftige koncentrationer af kobber. Selvom de kemiske mekanismer, der øger bakteriel overlevelse, ikke er fuldt ud forstået, har forskere mistanke om, at det involverer katalyseprocesser, der får metalatomer til at binde sig til molekyler - hvilket gør atomerne mindre giftige. I naturen opnås en lignende proces af naturlige proteiner, der findes i nogle typer bakterier, der kan leve i høje koncentrationer af metaller.

Kvanteprikker er ofte lavet af sammensatte halvledere såsom cadmiumsulfid - som omfatter det giftige metal cadmium. Som et resultat forudsagde Hecht og kolleger, at ConK kunne bruges i syntesen af ​​cadmiumsulfid kvanteprikker. Holdet fandt ud af, at ConK var i stand til at katalysere nedbrydningen af ​​aminosyren cystein og skabe biprodukter, herunder svovlbrinte. Denne forbindelse kan derefter reagere med cadmium for at skabe cadmiumsulfid nanokrystaller.

Quantum dot array kunne lave ultralav-energi switche

Sammenlignet med naturlige proteiner fandt Hechts team ud af, at dens nye tilgang har to nøglefordele, der er relateret til den langsommere vækst af nanokrystallerne, når de er skabt ved hjælp af ConK. En fordel er, at cadmiumsulfid nanokrystallerne er skabt for det meste med den samme krystalstruktur, snarere end med en blanding af to forskellige krystalstrukturer. Den anden er, at nanokrystallerne stabiliserer sig ved størrelser på omkring 3 nm, dog i lidt uregelmæssige former.

"De kvanteprikker, vi laver, er endnu ikke af god kvalitet, men det kan forbedres ved at tune syntesen," siger Spangler. "Vi kan opnå bedre kvalitet ved at konstruere proteinet til at påvirke kvanteprikkerdannelsen på forskellige måder."

I fremtiden håber de, at denne teknik kan føre til fremstilling i industriel skala af stabile kvanteprikker af høj kvalitet ved stuetemperatur - hvilket sikrer en mere bæredygtig fremtid for den hurtigt voksende kvanteprikkerindustri.

Forskningen er beskrevet i Proceedings of National Academy of Sciences.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/