شیمیدانان از پروتئین مصنوعی برای تولید نقاط کوانتومی در دمای اتاق استفاده می کنند

محققان آمریکایی با استفاده از واکنش‌های بیوشیمیایی در دمای اتاق که توسط یک پروتئین مصنوعی کاتالیز می‌شوند، نقاط کوانتومی ایجاد کرده‌اند. توسعه یافته توسط لیا اسپنگلر, مایکل هشت و همکارانش در دانشگاه پرینستون، این تکنیک می تواند به روش های پایدارتری برای ساخت نقاط کوانتومی در مقیاس های صنعتی منجر شود.

نقاط کوانتومی نانوکریستال هایی از مواد نیمه هادی هستند که دارای خواص کوانتومی مفیدی هستند که بین مواد حجیم و اتم های منفرد قرار می گیرند. با کاربردهای هیجان انگیز از جمله سلول های خورشیدی، نمایشگرهای LED و فناوری های کوانتومی، تحقیق در مورد نقاط کوانتومی موضوع داغی است. با این حال، ساخت این ساختارهای نیمه هادی کوچک اغلب به دماهای بالا و حلال های سمی نیاز دارد - بنابراین محققان به دنبال راه هایی برای ساخت نقاط کوانتومی هستند که سازگارتر با محیط زیست باشد.

در این مطالعه، تیم بررسی کردند که چگونه می‌توان نقاط کوانتومی را با استفاده از واکنش‌های بیوشیمیایی تنظیم‌شده درست کرد که شامل پروتئینی است که به طور طبیعی در سیستم‌های بیولوژیکی وجود ندارد. در عوض، این پروتئین در آزمایشگاه با ترکیب اسیدهای آمینه طبیعی ساخته شد.

ایمن سازی فلزات

آن پروتئین Construct K (ConK) نامیده می شود و برای اولین بار در سال 2016 سنتز شد. کار قبلی نشان داده است که ConK اجازه می دهد تا ای کولی باکتری ها برای زنده ماندن در غلظت های سمی مس اگرچه مکانیسم‌های شیمیایی که باعث افزایش بقای باکتری‌ها می‌شوند به طور کامل شناخته نشده‌اند، دانشمندان گمان می‌کنند که شامل فرآیندهای کاتالیزوری است که باعث می‌شود اتم‌های فلز به مولکول‌ها متصل شوند و اتم‌ها را کمتر سمی می‌کند. در طبیعت، فرآیند مشابهی توسط پروتئین های طبیعی موجود در برخی از انواع باکتری ها که می توانند در غلظت های بالایی از فلزات زندگی کنند، به دست می آید.

نقاط کوانتومی اغلب از نیمه هادی های ترکیبی مانند سولفید کادمیوم - که شامل فلز سمی کادمیوم است - ساخته می شوند. در نتیجه، Hecht و همکارانش پیش‌بینی کردند که ConK می‌تواند در سنتز نقاط کوانتومی سولفید کادمیوم استفاده شود. این تیم دریافت که ConK قادر است تجزیه اسید آمینه سیستئین را کاتالیز کند و محصولات جانبی از جمله سولفید هیدروژن ایجاد کند. سپس این ترکیب می‌تواند با کادمیوم واکنش داده و نانوبلورهای سولفید کادمیوم ایجاد کند.

آرایه نقطه کوانتومی می تواند سوئیچ های بسیار کم انرژی ایجاد کند

در مقایسه با پروتئین‌های طبیعی، تیم Hecht دریافتند که رویکرد جدید آن دو مزیت کلیدی دارد که مربوط به رشد کندتر نانوبلورها هنگام ایجاد با ConK است. یک مزیت این است که نانوکریستال‌های سولفید کادمیوم بیشتر با ساختار بلوری یکسانی ایجاد می‌شوند، نه با مخلوطی از دو ساختار کریستالی متفاوت. مورد دوم این است که نانوبلورها در اندازه‌های تقریباً 3 نانومتر تثبیت می‌شوند، البته در اشکال کمی نامنظم.

اسپنگلر می‌گوید: «نقاط کوانتومی که ما می‌سازیم هنوز کیفیت بالایی ندارند، اما می‌توان با تنظیم سنتز آن را بهبود بخشید». ما می‌توانیم با مهندسی کردن پروتئین برای تأثیرگذاری بر تشکیل نقاط کوانتومی به روش‌های مختلف به کیفیت بهتری دست یابیم.»

در آینده، آنها امیدوارند که این تکنیک بتواند به تولید نقاط کوانتومی پایدار و با کیفیت بالا در دمای اتاق در مقیاس صنعتی منجر شود - که آینده پایدارتری را برای صنعت به سرعت در حال رشد نقاط کوانتومی تضمین می کند.

تحقیق در شرح داده شده است مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/