Químicos usam proteína sintética para produzir pontos quânticos à temperatura ambiente

Pesquisadores nos EUA criaram pontos quânticos usando reações bioquímicas à temperatura ambiente que são catalisadas por uma proteína sintética. Desenvolvido por Leah Spangler, Michael Hecht e colegas da Universidade de Princeton, a técnica pode levar a métodos mais sustentáveis ​​para a fabricação de pontos quânticos em escala industrial.

Os pontos quânticos são nanocristais de materiais semicondutores que possuem propriedades quânticas úteis que se situam entre as dos materiais a granel e dos átomos individuais. Com aplicações interessantes, incluindo células solares, telas de LED e tecnologias quânticas, a pesquisa sobre pontos quânticos é um tópico importante. No entanto, a fabricação dessas minúsculas estruturas de semicondutores geralmente requer altas temperaturas e solventes tóxicos – então os pesquisadores estão procurando maneiras de fazer pontos quânticos que sejam mais ecológicos.

No estudo, a equipe investigou como os pontos quânticos poderiam ser feitos usando reações bioquímicas afinadas que envolvem uma proteína que não existe naturalmente em sistemas biológicos. Em vez disso, a proteína foi produzida em laboratório combinando aminoácidos de ocorrência natural.

Tornando os metais seguros

Essa proteína é chamada Construct K (ConK) e foi sintetizada pela primeira vez em 2016. Trabalhos anteriores mostraram que ConK permite E Coli bactérias para sobreviver a concentrações tóxicas de cobre. Embora os mecanismos químicos que aumentam a sobrevivência bacteriana não sejam totalmente compreendidos, os cientistas suspeitam que envolva processos de catálise que fazem com que os átomos de metal se liguem às moléculas – tornando os átomos menos tóxicos. Na natureza, um processo semelhante é alcançado por proteínas naturais encontradas em alguns tipos de bactérias que podem viver em altas concentrações de metais.

Os pontos quânticos geralmente são feitos de semicondutores compostos, como sulfeto de cádmio – que inclui o cádmio, um metal tóxico. Como resultado, Hecht e seus colegas previram que ConK poderia ser usado na síntese de pontos quânticos de sulfeto de cádmio. A equipe descobriu que ConK foi capaz de catalisar a quebra do aminoácido cisteína, criando subprodutos, incluindo sulfeto de hidrogênio. Este composto pode então reagir com o cádmio para criar os nanocristais de sulfeto de cádmio.

Matriz de pontos quânticos pode fazer interruptores de energia ultrabaixa

Quando comparada às proteínas naturais, a equipe de Hecht descobriu que sua nova abordagem tem duas vantagens principais relacionadas ao crescimento mais lento dos nanocristais quando criados usando ConK. Uma vantagem é que os nanocristais de sulfeto de cádmio são criados principalmente com a mesma estrutura cristalina, em vez de uma mistura de duas estruturas cristalinas diferentes. A segunda é que os nanocristais se estabilizam em tamanhos de aproximadamente 3 nm, embora em formas ligeiramente irregulares.

“Os pontos quânticos que estamos fazendo ainda não são de grande qualidade, mas isso pode ser melhorado ajustando a síntese”, diz Spangler. “Podemos obter melhor qualidade projetando a proteína para influenciar a formação de pontos quânticos de maneiras diferentes”.

No futuro, eles esperam que essa técnica possa levar à fabricação em escala industrial de pontos quânticos estáveis ​​e de alta qualidade à temperatura ambiente – garantindo um futuro mais sustentável para a indústria de pontos quânticos em rápido crescimento.

A pesquisa é descrita em Proceedings, da Academia Nacional de Ciências.

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