Kemistit käyttävät synteettistä proteiinia kvanttipisteiden tuottamiseen huoneenlämpötilassa

Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat luoneet kvanttipisteitä käyttämällä huoneenlämpötilassa tapahtuvia biokemiallisia reaktioita, joita katalysoi synteettinen proteiini. Kehittäjä Leah Spangler, Michael Hecht ja kollegansa Princetonin yliopistosta, tekniikka voisi johtaa kestävämpiin menetelmiin kvanttipisteiden valmistamiseksi teollisessa mittakaavassa.

Kvanttipisteet ovat puolijohdemateriaalien nanokiteitä, joilla on hyödyllisiä kvanttiominaisuuksia, jotka ovat massamateriaalien ja yksittäisten atomien välillä. Jännittävien sovellusten, kuten aurinkokennojen, LED-näyttöjen ja kvanttitekniikoiden, ansiosta kvanttipisteiden tutkimus on kuuma aihe. Näiden pienten puolijohderakenteiden valmistus vaatii kuitenkin usein sekä korkeita lämpötiloja että myrkyllisiä liuottimia – joten tutkijat etsivät tapoja tehdä kvanttipisteitä ympäristöystävällisempiä.

Tutkimuksessa tutkittiin, kuinka kvanttipisteitä voitaisiin tehdä käyttämällä hienosäädettyjä biokemiallisia reaktioita, joihin liittyy proteiini, jota ei luonnollisesti esiinny biologisissa järjestelmissä. Sen sijaan proteiini valmistettiin laboratoriossa yhdistämällä luonnossa esiintyviä aminohappoja.

Metallien tekeminen turvallisiksi

Tuo proteiini on nimeltään Construct K (ConK) ja se syntetisoitiin ensimmäisen kerran vuonna 2016. Aikaisempi työ on osoittanut, että ConK sallii E coli bakteerit selviämään myrkyllisistä kuparipitoisuuksista. Vaikka kemiallisia mekanismeja, jotka lisäävät bakteerien eloonjäämistä, ei täysin ymmärretä, tutkijat epäilevät, että se sisältää katalyysiprosesseja, jotka saavat metalliatomit sitoutumaan molekyyleihin, mikä tekee atomeista vähemmän myrkyllisiä. Luonnossa samanlainen prosessi saadaan aikaan luonnollisilla proteiineilla, joita löytyy tietyntyyppisistä bakteereista, jotka voivat elää korkeissa metallipitoisuuksissa.

Kvanttipisteet valmistetaan usein yhdistepuolijohteista, kuten kadmiumsulfidista – joka sisältää myrkyllistä metallia kadmiumia. Tämän seurauksena Hecht ja kollegat ennustivat, että ConK:ta voitaisiin käyttää kadmiumsulfidin kvanttipisteiden synteesissä. Tiimi havaitsi, että ConK kykeni katalysoimaan aminohapon kysteiinin hajoamista luoden sivutuotteita, mukaan lukien rikkivetyä. Tämä yhdiste voi sitten reagoida kadmiumin kanssa muodostaen kadmiumsulfidin nanokiteitä.

Kvanttipistematriisi voisi tehdä erittäin vähän energiaa kuluttavia kytkimiä

Luonnollisiin proteiineihin verrattuna Hechtin tiimi havaitsi, että sen uudella lähestymistavalla on kaksi keskeistä etua, jotka liittyvät nanokiteiden hitaampaan kasvuun, kun ne on luotu käyttämällä ConK:ta. Eräs etu on, että kadmiumsulfidin nanokiteet syntyvät enimmäkseen samalla kiderakenteella kuin kahden erilaisen kiderakenteen sekoituksella. Toinen on se, että nanokiteet stabiloituvat noin 3 nm:n kokoisiksi, vaikkakin hieman epäsäännöllisissä muodoissa.

"Teemme kvanttipisteet eivät ole vielä laadukkaita, mutta sitä voidaan parantaa säätämällä synteesiä", Spangler sanoo. "Voimme saavuttaa parempaa laatua muokkaamalla proteiinia vaikuttamaan kvanttipisteiden muodostumiseen eri tavoin."

Tulevaisuudessa he toivovat, että tämä tekniikka voisi johtaa stabiilien, korkealaatuisten kvanttipisteiden teolliseen tuotantoon huoneenlämmössä – mikä takaa kestävämmän tulevaisuuden nopeasti kasvavalle kvanttipisteteollisuudelle.

Tutkimusta kuvataan Proceedings of National Academy of Sciences.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/