Химики используют синтетический белок для создания квантовых точек при комнатной температуре

Исследователи в США создали квантовые точки, используя биохимические реакции при комнатной температуре, которые катализируются синтетическим белком. Разработан Лия Спэнглер, Майкл Хехт и коллег из Принстонского университета, этот метод может привести к более устойчивым методам производства квантовых точек в промышленных масштабах.

Квантовые точки — это нанокристаллы полупроводниковых материалов, которые обладают полезными квантовыми свойствами, находящимися между свойствами объемных материалов и отдельных атомов. Исследования квантовых точек, включая солнечные батареи, светодиодные дисплеи и квантовые технологии, являются горячей темой. Однако для производства этих крошечных полупроводниковых структур часто требуются как высокие температуры, так и токсичные растворители, поэтому исследователи ищут способы создания квантовых точек, более безопасных для окружающей среды.

В ходе исследования команда исследовала, как можно создавать квантовые точки с помощью точно настроенных биохимических реакций, в которых участвует белок, не существующий в природе в биологических системах. Вместо этого белок был получен в лаборатории путем объединения встречающихся в природе аминокислот.

Делаем металлы безопасными

Этот белок называется Construct K (ConK), и впервые он был синтезирован в 2016 году. Предыдущая работа показала, что ConK позволяет E coli бактерии, чтобы выжить при токсических концентрациях меди. Хотя химические механизмы, повышающие выживаемость бактерий, до конца не изучены, ученые подозревают, что они включают процессы катализа, которые заставляют атомы металлов связываться с молекулами, делая атомы менее токсичными. В природе аналогичный процесс достигается природными белками, содержащимися в некоторых видах бактерий, которые могут жить в высоких концентрациях металлов.

Квантовые точки часто изготавливаются из составных полупроводников, таких как сульфид кадмия, в состав которого входит токсичный металл кадмий. В результате Хехт и его коллеги предсказали, что ConK можно использовать в синтезе квантовых точек из сульфида кадмия. Команда обнаружила, что ConK способен катализировать расщепление аминокислоты цистеина с образованием побочных продуктов, включая сероводород. Затем это соединение может реагировать с кадмием с образованием нанокристаллов сульфида кадмия.

Массив квантовых точек может создавать переключатели со сверхнизким энергопотреблением

По сравнению с природными белками команда Хехта обнаружила, что их новый подход имеет два ключевых преимущества, связанных с более медленным ростом нанокристаллов при создании с использованием ConK. Одним из преимуществ является то, что нанокристаллы сульфида кадмия создаются в основном с одинаковой кристаллической структурой, а не из смеси двух разных кристаллических структур. Во-вторых, нанокристаллы стабилизируются при размерах примерно 3 нм, хотя и имеют слегка неправильную форму.

«Квантовые точки, которые мы делаем, еще не очень хорошего качества, но их можно улучшить, настроив синтез», — говорит Спенглер. «Мы можем добиться лучшего качества, разработав белок, который по-разному влияет на формирование квантовых точек».

Они надеются, что в будущем этот метод может привести к промышленному производству стабильных высококачественных квантовых точек при комнатной температуре, что обеспечит более устойчивое будущее для быстрорастущей индустрии квантовых точек.

Исследование описано в Труды Национальной академии наук.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/