Chemici gebruiken synthetische eiwitten om bij kamertemperatuur kwantumdots te produceren

Onderzoekers in de VS hebben kwantumdots gemaakt met behulp van biochemische reacties bij kamertemperatuur die worden gekatalyseerd door een synthetisch eiwit. Ontwikkeld door Lea Spangler, Michaël Hecht en collega's van Princeton University, zou de techniek kunnen leiden tot duurzamere methoden voor het vervaardigen van kwantumdots op industriële schaal.

Quantumdots zijn nanokristallen van halfgeleidermaterialen met bruikbare kwantumeigenschappen die tussen die van bulkmaterialen en individuele atomen in liggen. Met opwindende toepassingen, waaronder zonnecellen, LED-displays en kwantumtechnologieën, is onderzoek naar kwantumdots een hot topic. De fabricage van deze kleine halfgeleiderstructuren vereist echter vaak zowel hoge temperaturen als giftige oplosmiddelen - dus onderzoekers zijn op zoek naar manieren om kwantumdots te maken die milieuvriendelijker zijn.

In de studie onderzocht het team hoe kwantumdots kunnen worden gemaakt met behulp van fijn afgestemde biochemische reacties waarbij een eiwit betrokken is dat van nature niet voorkomt in biologische systemen. In plaats daarvan werd het eiwit in het laboratorium gemaakt door natuurlijk voorkomende aminozuren te combineren.

Metaal veilig maken

Dat eiwit heet Construct K (ConK) en het werd voor het eerst gesynthetiseerd in 2016. Eerder werk heeft aangetoond dat ConK het mogelijk maakt E coli bacteriën om giftige koperconcentraties te overleven. Hoewel de chemische mechanismen die de overleving van bacteriën bevorderen niet volledig worden begrepen, vermoeden wetenschappers dat het gaat om katalyseprocessen die ervoor zorgen dat metaalatomen zich binden aan moleculen, waardoor de atomen minder giftig worden. In de natuur wordt een soortgelijk proces bereikt door natuurlijke eiwitten die worden aangetroffen in sommige soorten bacteriën die in hoge concentraties metalen kunnen leven.

Quantumdots worden vaak gemaakt van samengestelde halfgeleiders zoals cadmiumsulfide, waaronder het giftige metaal cadmium. Als gevolg hiervan voorspelden Hecht en collega's dat ConK zou kunnen worden gebruikt bij de synthese van kwantumdots van cadmiumsulfide. Het team ontdekte dat ConK de afbraak van het aminozuur cysteïne kon katalyseren, waardoor bijproducten ontstonden, waaronder waterstofsulfide. Deze verbinding kan vervolgens reageren met cadmium om de nanokristallen van cadmiumsulfide te creëren.

Quantum dot array zou ultralage-energieschakelaars kunnen maken

In vergelijking met natuurlijke eiwitten ontdekte het team van Hecht dat de nieuwe aanpak twee belangrijke voordelen heeft die verband houden met de langzamere groei van de nanokristallen wanneer ze met ConK worden gemaakt. Een voordeel is dat de nanokristallen van cadmiumsulfide meestal met dezelfde kristalstructuur worden gemaakt, in plaats van met een mengsel van twee verschillende kristalstructuren. De tweede is dat de nanokristallen stabiliseren op groottes van ongeveer 3 nm, zij het in enigszins onregelmatige vormen.

"De kwantumdots die we maken zijn nog niet van geweldige kwaliteit, maar dat kan worden verbeterd door de synthese af te stemmen", zegt Spangler. "We kunnen een betere kwaliteit bereiken door het eiwit te ontwikkelen om de vorming van kwantumdots op verschillende manieren te beïnvloeden."

Ze hopen dat deze techniek in de toekomst kan leiden tot de fabricage op industriële schaal van stabiele, hoogwaardige kwantumdots bij kamertemperatuur, wat een duurzamere toekomst verzekert voor de snelgroeiende kwantumdot-industrie.

Het onderzoek is beschreven in Proceedings van de National Academy of Sciences.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/