Keemikud kasutavad toatemperatuuril kvantpunktide tootmiseks sünteetilisi valke

USA teadlased on loonud kvantpunktid, kasutades toatemperatuuril biokeemilisi reaktsioone, mida katalüüsib sünteetiline valk. Arendatud Leah Spangler, Michael Hecht ja kolleegid Princetoni ülikoolist, võib see tehnika viia jätkusuutlikumate meetoditeni kvantpunktide tootmiseks tööstuslikul skaalal.

Kvantpunktid on pooljuhtmaterjalide nanokristallid, millel on kasulikud kvantomadused, mis jäävad puistematerjalide ja üksikute aatomite omade vahele. Põnevate rakendustega, sealhulgas päikesepatareide, LED-ekraanide ja kvanttehnoloogiatega, on kvantpunktide uurimine kuum teema. Nende pisikeste pooljuhtstruktuuride tootmine nõuab aga sageli nii kõrgeid temperatuure kui ka toksilisi lahusteid – seega otsivad teadlased keskkonnasõbralikumaid kvantpunkte.

Uuringus uuris meeskond, kuidas saaks kvantpunkte luua, kasutades peenhäälestatud biokeemilisi reaktsioone, mis hõlmavad valku, mida bioloogilistes süsteemides loomulikult ei eksisteeri. Selle asemel valmistati valk laboris, kombineerides looduslikult esinevaid aminohappeid.

Metallide ohutuks muutmine

Seda valku nimetatakse Construct K (ConK) ja see sünteesiti esmakordselt 2016. aastal. Varasemad tööd on näidanud, et ConK võimaldab E coli bakterid, et ellu jääda vase toksilised kontsentratsioonid. Kuigi bakterite ellujäämist soodustavaid keemilisi mehhanisme ei mõisteta täielikult, kahtlustavad teadlased, et see hõlmab katalüüsiprotsesse, mis põhjustavad metalliaatomite seondumist molekulidega, muutes aatomid vähem toksilisteks. Looduses saavutavad sarnase protsessi looduslikud valgud, mida leidub teatud tüüpi bakterites, mis võivad elada suures metallikontsentratsioonis.

Kvantpunktid on sageli valmistatud liitpooljuhtidest, näiteks kaadmiumsulfiidist, mis sisaldab ka mürgist metalli kaadmiumi. Selle tulemusena ennustasid Hecht ja kolleegid, et ConK-d saab kasutada kaadmiumsulfiidi kvantpunktide sünteesil. Meeskond leidis, et ConK suutis katalüüsida aminohappe tsüsteiini lagunemist, luues kõrvalsaadusi, sealhulgas vesiniksulfiidi. See ühend võib seejärel reageerida kaadmiumiga, moodustades kaadmiumsulfiidi nanokristallid.

Kvantpunktimassiivid võivad teha ülimadala energiatarbega lüliteid

Võrreldes looduslike valkudega, leidis Hechti meeskond, et selle uuel lähenemisviisil on kaks peamist eelist, mis on seotud nanokristallide aeglasema kasvuga, kui need on loodud ConK abil. Üks eelis on see, et kaadmiumsulfiid-nanokristallid luuakse enamasti sama kristallstruktuuriga, mitte kahe erineva kristallstruktuuri seguga. Teine on see, et nanokristallid stabiliseeruvad umbes 3 nm suurusel, ehkki veidi ebakorrapärase kujuga.

"Meie loodud kvantpunktid ei ole veel kvaliteetsed, kuid seda saab sünteesi häälestamisega parandada," ütleb Spangler. "Me saame saavutada parema kvaliteedi, konstrueerides valku, et mõjutada kvantpunktide moodustumist erineval viisil."

Tulevikus loodavad nad, et see tehnika võib viia stabiilsete kvaliteetsete kvantpunktide tööstusliku tootmiseni toatemperatuuril, tagades kiiresti kasvavale kvantpunktitööstusele jätkusuutlikuma tuleviku.

Uuringut kirjeldatakse artiklis Proceedings of the National Academy of Sciences.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/