Des chimistes utilisent des protéines synthétiques pour produire des points quantiques à température ambiante

Des chercheurs américains ont créé des points quantiques en utilisant des réactions biochimiques à température ambiante qui sont catalysées par une protéine synthétique. Développé par Léa Spangler, Michel Hecht et ses collègues de l'Université de Princeton, la technique pourrait conduire à des méthodes plus durables de fabrication de points quantiques à l'échelle industrielle.

Les points quantiques sont des nanocristaux de matériaux semi-conducteurs qui ont des propriétés quantiques utiles qui se situent entre celles des matériaux en vrac et des atomes individuels. Avec des applications passionnantes telles que les cellules solaires, les écrans LED et les technologies quantiques, la recherche sur les points quantiques est un sujet brûlant. Cependant, la fabrication de ces minuscules structures semi-conductrices nécessite souvent à la fois des températures élevées et des solvants toxiques. Les chercheurs sont donc à la recherche de moyens de fabriquer des points quantiques plus respectueux de l'environnement.

Dans l'étude, l'équipe a étudié comment les points quantiques pouvaient être fabriqués à l'aide de réactions biochimiques finement réglées impliquant une protéine qui n'existe pas naturellement dans les systèmes biologiques. Au lieu de cela, la protéine a été fabriquée en laboratoire en combinant des acides aminés naturels.

Sécuriser les métaux

Cette protéine s'appelle Construct K (ConK) et a été synthétisée pour la première fois en 2016. Des travaux antérieurs ont montré que ConK permet Et coli bactéries pour survivre à des concentrations toxiques de cuivre. Bien que les mécanismes chimiques qui stimulent la survie bactérienne ne soient pas entièrement compris, les scientifiques soupçonnent qu'il s'agit de processus de catalyse qui provoquent la liaison des atomes métalliques aux molécules, ce qui rend les atomes moins toxiques. Dans la nature, un processus similaire est réalisé par des protéines naturelles présentes dans certains types de bactéries qui peuvent vivre dans des concentrations élevées de métaux.

Les points quantiques sont souvent fabriqués à partir de semi-conducteurs composés tels que le sulfure de cadmium - qui comprend le cadmium, un métal toxique. En conséquence, Hecht et ses collègues ont prédit que ConK pourrait être utilisé dans la synthèse de points quantiques de sulfure de cadmium. L'équipe a découvert que ConK était capable de catalyser la dégradation de l'acide aminé cystéine, créant des sous-produits, notamment du sulfure d'hydrogène. Ce composé peut ensuite réagir avec le cadmium pour créer les nanocristaux de sulfure de cadmium.

Un réseau de points quantiques pourrait fabriquer des commutateurs à très faible consommation d'énergie

Par rapport aux protéines naturelles, l'équipe de Hecht a découvert que sa nouvelle approche présente deux avantages clés liés à la croissance plus lente des nanocristaux lorsqu'ils sont créés à l'aide de ConK. Un avantage est que les nanocristaux de sulfure de cadmium sont créés principalement avec la même structure cristalline, plutôt qu'avec un mélange de deux structures cristallines différentes. La seconde est que les nanocristaux se stabilisent à des tailles d'environ 3 nm, quoique dans des formes légèrement irrégulières.

"Les points quantiques que nous fabriquons ne sont pas encore de grande qualité, mais cela peut être amélioré en ajustant la synthèse", déclare Spangler. "Nous pouvons obtenir une meilleure qualité en concevant la protéine pour influencer la formation de points quantiques de différentes manières."

À l'avenir, ils espèrent que cette technique pourrait conduire à la fabrication à l'échelle industrielle de points quantiques stables et de haute qualité à température ambiante, garantissant un avenir plus durable pour l'industrie des points quantiques en croissance rapide.

La recherche est décrite dans Actes de l'Académie nationale des sciences.

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