כימאים משתמשים בחלבון סינתטי כדי לייצר נקודות קוונטיות בטמפרטורת החדר

חוקרים בארה"ב יצרו נקודות קוונטיות תוך שימוש בתגובות ביוכימיות בטמפרטורת החדר המזוזות על ידי חלבון סינתטי. פותח על ידי לאה שפנגלר, מייקל הכט ועמיתים באוניברסיטת פרינסטון, הטכניקה יכולה להוביל לשיטות בנות קיימא יותר לייצור נקודות קוונטיות בקנה מידה תעשייתי.

נקודות קוונטיות הן ננו-גבישים של חומרים מוליכים למחצה בעלי תכונות קוונטיות שימושיות הנופלות בין אלו של חומרים בתפזורת לבין אטומים בודדים. עם יישומים מרגשים הכוללים תאים סולאריים, צגי LED וטכנולוגיות קוונטיות, מחקר על נקודות קוונטיות הוא נושא חם. עם זאת, ייצור מבני מוליכים למחצה זעירים אלה דורש לעתים קרובות גם טמפרטורות גבוהות וגם ממיסים רעילים - ולכן החוקרים מחפשים דרכים ליצור נקודות קוונטיות ידידותיות יותר לסביבה.

במחקר, הצוות חקר כיצד ניתן ליצור נקודות קוונטיות באמצעות תגובות ביוכימיות מכווננות היטב הכוללות חלבון שאינו קיים באופן טבעי במערכות ביולוגיות. במקום זאת, החלבון נוצר במעבדה על ידי שילוב של חומצות אמינו טבעיות.

הפיכת מתכות בטוחות

חלבון זה נקרא Construct K (ConK) והוא סונתז לראשונה בשנת 2016. עבודה קודמת הראתה כי ConK מאפשר וקולי חיידקים כדי לשרוד ריכוזים רעילים של נחושת. למרות שהמנגנונים הכימיים שמגבירים את הישרדות החיידקים אינם מובנים במלואם, מדענים חושדים שזה כרוך בתהליכי קטליזה שגורמים לאטומי מתכת להיקשר למולקולות - מה שהופך את האטומים לפחות רעילים. בטבע, תהליך דומה מושג על ידי חלבונים טבעיים המצויים בכמה סוגי חיידקים שיכולים לחיות בריכוז גבוה של מתכות.

נקודות קוונטיות עשויות לרוב ממוליכים למחצה מורכבים כגון קדמיום גופרתי - הכולל את המתכת הרעילה קדמיום. כתוצאה מכך, הכט ועמיתיו חזו שניתן להשתמש ב-ConK בסינתזה של נקודות קוונטיות של קדמיום גופרתי. הצוות מצא כי ConK הצליח לזרז את פירוק חומצת האמינו ציסטאין, וליצור תוצרי לוואי כולל מימן גופרתי. תרכובת זו יכולה להגיב עם קדמיום ליצירת ננו-גבישים של קדמיום גופרתי.

מערך נקודות קוונטיות יכול ליצור מתגים בעלי אנרגיה נמוכה במיוחד

בהשוואה לחלבונים טבעיים, הצוות של הכט מצא שלגישה החדשה שלו יש שני יתרונות מרכזיים הקשורים לצמיחה איטית יותר של הננו-גבישים כאשר הם נוצרים באמצעות ConK. יתרון אחד הוא שהננו-גבישים של קדמיום גופרתי נוצרים בעיקר עם אותו מבנה גבישי, ולא עם תערובת של שני מבני גביש שונים. השני הוא שהננו-גבישים מתייצבים בגדלים של בערך 3 ננומטר, אם כי בצורות מעט לא סדירות.

"הנקודות הקוונטיות שאנחנו מייצרים עדיין לא איכותיות, אבל אפשר לשפר את זה על ידי כוונון הסינתזה", אומר Spangler. "אנו יכולים להשיג איכות טובה יותר על ידי הנדסת החלבון כדי להשפיע על יצירת נקודות קוונטיות בדרכים שונות."

בעתיד, הם מקווים שהטכניקה הזו תוכל להוביל לייצור בקנה מידה תעשייתי של נקודות קוונטיות יציבות ואיכותיות בטמפרטורת החדר - מה שמבטיח עתיד בר קיימא יותר לתעשיית הנקודות הקוונטיות הצומחת במהירות.

המחקר מתואר ב PNAS של האקדמיה הלאומית למדעים.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/