Kemiki uporabljajo sintetične beljakovine za proizvodnjo kvantnih pik pri sobni temperaturi

Raziskovalci v ZDA so ustvarili kvantne pike z uporabo biokemičnih reakcij pri sobni temperaturi, ki jih katalizira sintetični protein. Razvil: Leah Spangler, Michael Hecht in sodelavci na Univerzi Princeton, bi lahko tehnika vodila do bolj trajnostnih metod za proizvodnjo kvantnih pik v industrijskem obsegu.

Kvantne pike so nanokristali polprevodniških materialov, ki imajo uporabne kvantne lastnosti, ki sodijo med lastnosti razsutega materiala in posameznih atomov. Z razburljivimi aplikacijami, vključno s sončnimi celicami, zasloni LED in kvantnimi tehnologijami, je raziskovanje kvantnih pik vroča tema. Vendar pa izdelava teh drobnih polprevodniških struktur pogosto zahteva visoke temperature in strupena topila – zato raziskovalci iščejo načine za izdelavo kvantnih pik, ki so okolju prijaznejše.

V študiji je ekipa raziskala, kako bi lahko kvantne pike izdelali z uporabo natančno nastavljenih biokemičnih reakcij, ki vključujejo beljakovino, ki naravno ne obstaja v bioloških sistemih. Namesto tega so beljakovine izdelali v laboratoriju s kombiniranjem naravno prisotnih aminokislin.

Varnost kovin

Ta protein se imenuje Construct K (ConK) in je bil prvič sintetiziran leta 2016. Prejšnja dela so pokazala, da ConK omogoča E coli bakterije, da preživijo strupene koncentracije bakra. Čeprav kemijski mehanizmi, ki spodbujajo preživetje bakterij, niso popolnoma razumljeni, znanstveniki domnevajo, da vključujejo procese katalize, ki povzročijo, da se kovinski atomi vežejo na molekule – zaradi česar so atomi manj strupeni. V naravi podoben proces dosežejo naravne beljakovine, ki jih najdemo v nekaterih vrstah bakterij, ki lahko živijo v visokih koncentracijah kovin.

Kvantne pike so pogosto narejene iz sestavljenih polprevodnikov, kot je kadmijev sulfid – ki vključuje strupeno kovino kadmij. Posledično so Hecht in sodelavci napovedali, da bi lahko ConK uporabili pri sintezi kvantnih pik kadmijevega sulfida. Ekipa je ugotovila, da je ConK lahko kataliziral razgradnjo aminokisline cistein in ustvaril stranske produkte, vključno z vodikovim sulfidom. Ta spojina lahko nato reagira s kadmijem in ustvari nanokristale kadmijevega sulfida.

Matrika kvantnih pik bi lahko izdelala ultranizkoenergijska stikala

V primerjavi z naravnimi beljakovinami je Hechtova ekipa ugotovila, da ima njen novi pristop dve ključni prednosti, ki sta povezani s počasnejšo rastjo nanokristalov, ustvarjenih z uporabo ConK. Ena od prednosti je, da so nanokristali kadmijevega sulfida ustvarjeni večinoma z enako kristalno strukturo, ne pa z mešanico dveh različnih kristalnih struktur. Drugi je, da se nanokristali stabilizirajo pri velikostih približno 3 nm, čeprav v rahlo nepravilnih oblikah.

»Kvantne pike, ki jih izdelujemo, še niso odlične kakovosti, a to je mogoče izboljšati s prilagajanjem sinteze,« pravi Spangler. "Dosežemo lahko boljšo kakovost z inženiringom beljakovine, da na različne načine vpliva na tvorbo kvantnih pik."

V prihodnosti upajo, da bi ta tehnika lahko privedla do industrijske proizvodnje stabilnih, visokokakovostnih kvantnih pik pri sobni temperaturi – kar bi zagotovilo bolj trajnostno prihodnost za hitro rastočo industrijo kvantnih pik.

Raziskava je opisana v Zbornik National Academy of Sciences.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/