Los químicos usan proteína sintética para producir puntos cuánticos a temperatura ambiente

Investigadores estadounidenses han creado puntos cuánticos utilizando reacciones bioquímicas a temperatura ambiente catalizadas por una proteína sintética. Desarrollado por Lea Spangler, Michael Hecht y colegas de la Universidad de Princeton, la técnica podría conducir a métodos más sostenibles para fabricar puntos cuánticos a escala industrial.

Los puntos cuánticos son nanocristales de materiales semiconductores que tienen propiedades cuánticas útiles que se encuentran entre las de los materiales a granel y los átomos individuales. Con interesantes aplicaciones que incluyen células solares, pantallas LED y tecnologías cuánticas, la investigación de los puntos cuánticos es un tema candente. Sin embargo, la fabricación de estas diminutas estructuras de semiconductores a menudo requiere altas temperaturas y disolventes tóxicos, por lo que los investigadores buscan formas de fabricar puntos cuánticos que sean más respetuosos con el medio ambiente.

En el estudio, el equipo investigó cómo se podrían hacer puntos cuánticos utilizando reacciones bioquímicas finamente ajustadas que involucran una proteína que no existe naturalmente en los sistemas biológicos. En cambio, la proteína se hizo en el laboratorio mediante la combinación de aminoácidos naturales.

Hacer que los metales sean seguros

Esa proteína se llama Construct K (ConK) y se sintetizó por primera vez en 2016. El trabajo anterior ha demostrado que ConK permite E Coli bacterias para sobrevivir a concentraciones tóxicas de cobre. Aunque los mecanismos químicos que impulsan la supervivencia bacteriana no se comprenden completamente, los científicos sospechan que involucra procesos de catálisis que hacen que los átomos metálicos se unan a las moléculas, lo que hace que los átomos sean menos tóxicos. En la naturaleza, las proteínas naturales que se encuentran en algunos tipos de bacterias que pueden vivir en altas concentraciones de metales logran un proceso similar.

Los puntos cuánticos a menudo están hechos de semiconductores compuestos como el sulfuro de cadmio, que incluye el cadmio, un metal tóxico. Como resultado, Hecht y sus colegas predijeron que ConK podría usarse en la síntesis de puntos cuánticos de sulfuro de cadmio. El equipo descubrió que ConK podía catalizar la descomposición del aminoácido cisteína, creando subproductos que incluían sulfuro de hidrógeno. Este compuesto luego puede reaccionar con el cadmio para crear los nanocristales de sulfuro de cadmio.

La matriz de puntos cuánticos podría hacer interruptores de energía ultrabaja

En comparación con las proteínas naturales, el equipo de Hecht descubrió que su nuevo enfoque tiene dos ventajas clave relacionadas con el crecimiento más lento de los nanocristales cuando se crean con ConK. Una ventaja es que los nanocristales de sulfuro de cadmio se crean principalmente con la misma estructura cristalina, en lugar de una mezcla de dos estructuras cristalinas diferentes. La segunda es que los nanocristales se estabilizan en tamaños de aproximadamente 3 nm, aunque en formas ligeramente irregulares.

“Los puntos cuánticos que estamos haciendo aún no son de gran calidad, pero eso se puede mejorar ajustando la síntesis”, dice Spangler. "Podemos lograr una mejor calidad mediante la ingeniería de la proteína para influir en la formación de puntos cuánticos de diferentes maneras".

En el futuro, esperan que esta técnica pueda conducir a la fabricación a escala industrial de puntos cuánticos estables y de alta calidad a temperatura ambiente, lo que garantiza un futuro más sostenible para la industria de puntos cuánticos en rápido crecimiento.

La investigación se describe en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/