I chimici usano proteine ​​sintetiche per produrre punti quantici a temperatura ambiente

Ricercatori negli Stati Uniti hanno creato punti quantici utilizzando reazioni biochimiche a temperatura ambiente catalizzate da una proteina sintetica. Sviluppato da Lea Spangler, Michael Hecht e colleghi della Princeton University, la tecnica potrebbe portare a metodi più sostenibili per la produzione di punti quantici su scala industriale.

I punti quantici sono nanocristalli di materiali semiconduttori che hanno proprietà quantistiche utili che rientrano tra quelle dei materiali sfusi e dei singoli atomi. Con applicazioni entusiasmanti tra cui celle solari, display a LED e tecnologie quantistiche, la ricerca sui punti quantici è un argomento caldo. Tuttavia, la produzione di queste minuscole strutture semiconduttrici richiede spesso sia alte temperature che solventi tossici, quindi i ricercatori sono alla ricerca di modi per creare punti quantici più rispettosi dell'ambiente.

Nello studio, il team ha studiato come si potrebbero creare punti quantici utilizzando reazioni biochimiche finemente sintonizzate che coinvolgono una proteina che non esiste naturalmente nei sistemi biologici. Invece, la proteina è stata prodotta in laboratorio combinando amminoacidi presenti in natura.

Rendere sicuri i metalli

Quella proteina si chiama Construct K (ConK) ed è stata sintetizzata per la prima volta nel 2016. Il lavoro precedente ha dimostrato che ConK consente E coli batteri per sopravvivere a concentrazioni tossiche di rame. Sebbene i meccanismi chimici che aumentano la sopravvivenza batterica non siano completamente compresi, gli scienziati sospettano che implichi processi di catalisi che fanno sì che gli atomi di metallo si leghino alle molecole, rendendo gli atomi meno tossici. In natura, un processo simile è ottenuto dalle proteine ​​naturali presenti in alcuni tipi di batteri che possono vivere in alte concentrazioni di metalli.

I punti quantici sono spesso costituiti da semiconduttori composti come il solfuro di cadmio, che include il cadmio metallico tossico. Di conseguenza, Hecht e colleghi hanno previsto che ConK potrebbe essere utilizzato nella sintesi di punti quantici di solfuro di cadmio. Il team ha scoperto che ConK era in grado di catalizzare la scomposizione dell'amminoacido cisteina, creando sottoprodotti tra cui l'idrogeno solforato. Questo composto può quindi reagire con il cadmio per creare i nanocristalli di solfuro di cadmio.

La matrice di punti quantici potrebbe creare interruttori a bassissima energia

Rispetto alle proteine ​​naturali, il team di Hecht ha scoperto che il suo nuovo approccio presenta due vantaggi chiave legati alla crescita più lenta dei nanocristalli quando vengono creati utilizzando ConK. Un vantaggio è che i nanocristalli di solfuro di cadmio sono creati principalmente con la stessa struttura cristallina, piuttosto che con una miscela di due diverse strutture cristalline. La seconda è che i nanocristalli si stabilizzano a dimensioni di circa 3 nm, anche se in forme leggermente irregolari.

"I punti quantici che stiamo creando non sono ancora di ottima qualità, ma possono essere migliorati ottimizzando la sintesi", afferma Spangler. "Possiamo ottenere una migliore qualità ingegnerizzando la proteina per influenzare la formazione di punti quantici in modi diversi".

In futuro, sperano che questa tecnica possa portare alla produzione su scala industriale di punti quantici stabili e di alta qualità a temperatura ambiente, garantendo un futuro più sostenibile per l'industria dei punti quantici in rapida crescita.

La ricerca è descritta in Atti della National Academy of Sciences.

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