化学者は合成タンパク質を使用して、室温で量子ドットを生成します

米国の研究者は、合成タンパク質によって触媒される室温の生化学反応を使用して、量子ドットを作成しました。 によって開発された リア・スパングラー, マイケル・ヘクト とプリンストン大学の同僚は、この技術は、産業規模で量子ドットを製造するためのより持続可能な方法につながる可能性があります。

量子ドットは、バルク材料と個々の原子の間の有用な量子特性を持つ半導体材料のナノ結晶です。 太陽電池、LED ディスプレイ、量子技術などのエキサイティングなアプリケーションで、量子ドットの研究はホットな話題です。 しかし、これらの小さな半導体構造の製造には、高温と有毒な溶媒の両方が必要になることが多いため、研究者は、より環境に優しい量子ドットを作成する方法を探しています。

この研究では、チームは、生物系に自然には存在しないタンパク質を含む、細かく調整された生化学反応を使用して量子ドットを作成する方法を調査しました。 代わりに、タンパク質は、天然に存在するアミノ酸を組み合わせることによって実験室で作られました.

金属を安全にする

そのタンパク質はコンストラクト K (ConK) と呼ばれ、2016 年に初めて合成されました。 そしてコリ バクテリアは有毒な濃度の銅を生き延びます。 細菌の生存を促進する化学メカニズムは完全には理解されていませんが、科学者は、金属原子を分子に結合させて原子の毒性を低下させる触媒プロセスが関与しているのではないかと疑っています。 自然界では、高濃度の金属の中で生きることができるある種のバクテリアに見られる天然のタンパク質によって、同様のプロセスが達成されます.

量子ドットは、多くの場合、硫化カドミウムなどの化合物半導体から作られています。硫化カドミウムには、有毒な金属であるカドミウムが含まれています。 その結果、Hecht らは、ConK が硫化カドミウムの量子ドットの合成に使用できると予測しました。 チームは、ConK がアミノ酸システインの分解を触媒し、硫化水素を含む副産物を生成することを発見しました。 この化合物はカドミウムと反応して、硫化カドミウムのナノ結晶を生成します。

量子ドットアレイは超低エネルギースイッチを作ることができます

Hecht のチームは、天然のタンパク質と比較して、その新しいアプローチには、ConK を使用して作成されたナノ結晶の成長が遅いことに関連する 3 つの重要な利点があることを発見しました。 XNUMX つの利点は、硫化カドミウム ナノ結晶が XNUMX つの異なる結晶構造の混合ではなく、ほとんど同じ結晶構造で作成されることです。 XNUMX つ目は、ナノ結晶がわずかに不規則な形状ではあるものの、約 XNUMX nm のサイズで安定することです。

「私たちが作っている量子ドットはまだ高品質ではありませんが、合成を調整することで改善できます」と Spangler は言います。 「さまざまな方法で量子ドット形成に影響を与えるようにタンパク質を操作することで、より良い品質を実現できます。」

将来的には、この技術が室温で安定した高品質の量子ドットを工業規模で製造できるようになり、急速に成長する量子ドット産業のより持続可能な未来が保証されることを期待しています。

研究はで説明されています 米国科学アカデミー紀要.

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