Οι χημικοί χρησιμοποιούν συνθετική πρωτεΐνη για να παράγουν κβαντικές κουκκίδες σε θερμοκρασία δωματίου

Ερευνητές στις ΗΠΑ δημιούργησαν κβαντικές κουκκίδες χρησιμοποιώντας βιοχημικές αντιδράσεις σε θερμοκρασία δωματίου που καταλύονται από μια συνθετική πρωτεΐνη. Αναπτύχθηκε από Λία Σπάνγκλερ, Μάικλ Χιχτ και συναδέλφους στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, η τεχνική θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο βιώσιμες μεθόδους για την κατασκευή κβαντικών κουκκίδων σε βιομηχανική κλίμακα.

Οι κβαντικές κουκκίδες είναι νανοκρύσταλλοι ημιαγωγών υλικών που έχουν χρήσιμες κβαντικές ιδιότητες που εμπίπτουν μεταξύ αυτών των χύδην υλικών και των μεμονωμένων ατόμων. Με συναρπαστικές εφαρμογές, όπως ηλιακά κύτταρα, οθόνες LED και κβαντικές τεχνολογίες, η έρευνα για τις κβαντικές κουκκίδες είναι ένα καυτό θέμα. Ωστόσο, η κατασκευή αυτών των μικροσκοπικών δομών ημιαγωγών απαιτεί συχνά τόσο υψηλές θερμοκρασίες όσο και τοξικούς διαλύτες – έτσι οι ερευνητές αναζητούν τρόπους δημιουργίας κβαντικών κουκκίδων που είναι πιο φιλικές προς το περιβάλλον.

Στη μελέτη, η ομάδα διερεύνησε πώς θα μπορούσαν να δημιουργηθούν κβαντικές κουκκίδες χρησιμοποιώντας λεπτομερώς συντονισμένες βιοχημικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μια πρωτεΐνη που δεν υπάρχει φυσικά στα βιολογικά συστήματα. Αντίθετα, η πρωτεΐνη παρασκευάστηκε στο εργαστήριο συνδυάζοντας φυσικά αμινοξέα.

Κάνοντας τα μέταλλα ασφαλή

Αυτή η πρωτεΐνη ονομάζεται Construct K (ConK) και συντέθηκε για πρώτη φορά το 2016. Προηγούμενη εργασία έχει δείξει ότι το ConK επιτρέπει E coli βακτήρια για να επιβιώσουν σε τοξικές συγκεντρώσεις χαλκού. Αν και οι χημικοί μηχανισμοί που ενισχύουν την επιβίωση των βακτηρίων δεν είναι πλήρως κατανοητοί, οι επιστήμονες υποψιάζονται ότι περιλαμβάνει διαδικασίες κατάλυσης που προκαλούν τη σύνδεση ατόμων μετάλλου με μόρια – καθιστώντας τα άτομα λιγότερο τοξικά. Στη φύση, μια παρόμοια διαδικασία επιτυγχάνεται με φυσικές πρωτεΐνες που βρίσκονται σε ορισμένους τύπους βακτηρίων που μπορούν να ζουν σε υψηλές συγκεντρώσεις μετάλλων.

Οι κβαντικές κουκκίδες κατασκευάζονται συχνά από σύνθετους ημιαγωγούς όπως το θειούχο κάδμιο - το οποίο περιλαμβάνει το τοξικό μέταλλο κάδμιο. Ως αποτέλεσμα, ο Hecht και οι συνεργάτες του προέβλεψαν ότι το ConK θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στη σύνθεση κβαντικών κουκκίδων θειούχου καδμίου. Η ομάδα διαπίστωσε ότι το ConK ήταν σε θέση να καταλύσει τη διάσπαση του αμινοξέος κυστεΐνη, δημιουργώντας υποπροϊόντα συμπεριλαμβανομένου του υδρόθειου. Αυτή η ένωση μπορεί στη συνέχεια να αντιδράσει με το κάδμιο για να δημιουργήσει τους νανοκρυστάλλους θειούχου καδμίου.

Η κβαντική διάταξη κουκκίδων θα μπορούσε να κάνει διακόπτες εξαιρετικά χαμηλής ενέργειας

Σε σύγκριση με τις φυσικές πρωτεΐνες, η ομάδα του Hecht διαπίστωσε ότι η νέα της προσέγγιση έχει δύο βασικά πλεονεκτήματα που σχετίζονται με την πιο αργή ανάπτυξη των νανοκρυστάλλων όταν δημιουργούνται χρησιμοποιώντας ConK. Ένα πλεονέκτημα είναι ότι οι νανοκρύσταλλοι θειούχου καδμίου δημιουργούνται κυρίως με την ίδια κρυσταλλική δομή, παρά με ένα μείγμα δύο διαφορετικών κρυσταλλικών δομών. Το δεύτερο είναι ότι οι νανοκρύσταλλοι σταθεροποιούνται σε μεγέθη περίπου 3 nm, αν και σε ελαφρώς ακανόνιστα σχήματα.

«Οι κβαντικές κουκκίδες που φτιάχνουμε δεν είναι ακόμη εξαιρετικής ποιότητας, αλλά αυτό μπορεί να βελτιωθεί με συντονισμό της σύνθεσης», λέει ο Spangler. «Μπορούμε να επιτύχουμε καλύτερη ποιότητα κατασκευάζοντας την πρωτεΐνη ώστε να επηρεάζει το σχηματισμό κβαντικών κουκκίδων με διαφορετικούς τρόπους».

Στο μέλλον, ελπίζουν ότι αυτή η τεχνική θα μπορούσε να οδηγήσει στη βιομηχανικής κλίμακας κατασκευή σταθερών, υψηλής ποιότητας κβαντικών κουκκίδων σε θερμοκρασία δωματίου – διασφαλίζοντας ένα πιο βιώσιμο μέλλον για την ταχέως αναπτυσσόμενη βιομηχανία κβαντικών κουκκίδων.

Η έρευνα περιγράφεται στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/