Chemicy używają syntetycznego białka do produkcji kropek kwantowych w temperaturze pokojowej

Naukowcy z USA stworzyli kropki kwantowe, wykorzystując reakcje biochemiczne w temperaturze pokojowej, które są katalizowane przez syntetyczne białko. Opracowany przez Leah Spangler, Michał Hecht i współpracownikami z Princeton University, technika ta może prowadzić do bardziej zrównoważonych metod produkcji kropek kwantowych na skalę przemysłową.

Kropki kwantowe to nanokryształy materiałów półprzewodnikowych, które mają użyteczne właściwości kwantowe, które mieszczą się między właściwościami materiałów masowych a pojedynczymi atomami. Dzięki ekscytującym zastosowaniom, takim jak ogniwa słoneczne, wyświetlacze LED i technologie kwantowe, badania nad kropkami kwantowymi są gorącym tematem. Jednak produkcja tych maleńkich struktur półprzewodnikowych często wymaga zarówno wysokich temperatur, jak i toksycznych rozpuszczalników – dlatego naukowcy poszukują sposobów wytwarzania kropek kwantowych, które byłyby bardziej przyjazne dla środowiska.

W badaniu zespół zbadał, w jaki sposób można wytworzyć kropki kwantowe za pomocą precyzyjnie dostrojonych reakcji biochemicznych, które obejmują białko, które nie występuje naturalnie w systemach biologicznych. Zamiast tego białko zostało wytworzone w laboratorium poprzez połączenie naturalnie występujących aminokwasów.

Bezpieczne metale

To białko nazywa się Construct K (ConK) i zostało po raz pierwszy zsyntetyzowane w 2016 roku. Wcześniejsze prace wykazały, że ConK pozwala E coli bakteriom przetrwać toksyczne stężenia miedzi. Chociaż mechanizmy chemiczne zwiększające przeżywalność bakterii nie są w pełni poznane, naukowcy podejrzewają, że wiąże się to z procesami katalizy, które powodują, że atomy metali wiążą się z cząsteczkami, czyniąc atomy mniej toksycznymi. W naturze podobny proces osiągają naturalne białka występujące w niektórych typach bakterii, które mogą żyć w wysokich stężeniach metali.

Kropki kwantowe są często wykonane ze złożonych półprzewodników, takich jak siarczek kadmu, który zawiera toksyczny kadm. W rezultacie Hecht i współpracownicy przewidzieli, że ConK może być wykorzystany w syntezie kropek kwantowych siarczku kadmu. Zespół odkrył, że ConK był w stanie katalizować rozkład aminokwasu cysteiny, tworząc produkty uboczne, w tym siarkowodór. Związek ten może następnie reagować z kadmem, tworząc nanokryształy siarczku kadmu.

Macierz kropek kwantowych może tworzyć przełączniki o ultraniskim zużyciu energii

W porównaniu z naturalnymi białkami zespół Hechta odkrył, że jego nowe podejście ma dwie kluczowe zalety, które są związane z wolniejszym wzrostem nanokryształów tworzonych przy użyciu ConK. Jedną z zalet jest to, że nanokryształy siarczku kadmu są tworzone głównie z tą samą strukturą krystaliczną, a nie z mieszaniną dwóch różnych struktur krystalicznych. Po drugie, nanokryształy stabilizują się przy rozmiarach około 3 nm, choć mają nieco nieregularne kształty.

„Kropki kwantowe, które tworzymy, nie są jeszcze doskonałej jakości, ale można to poprawić, dostrajając syntezę”, mówi Spangler. „Możemy osiągnąć lepszą jakość, modyfikując białko tak, aby wpływało na tworzenie kropek kwantowych na różne sposoby”.

Naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości ta technika doprowadzi do produkcji na skalę przemysłową stabilnych, wysokiej jakości kropek kwantowych w temperaturze pokojowej – zapewniając bardziej zrównoważoną przyszłość szybko rozwijającemu się przemysłowi kropek kwantowych.

Badania opisano w Proceedings of the National Academy of Sciences.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/