นักเคมีใช้โปรตีนสังเคราะห์เพื่อผลิตจุดควอนตัมที่อุณหภูมิห้อง

นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้สร้างจุดควอนตัมโดยใช้ปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่อุณหภูมิห้องซึ่งถูกเร่งด้วยโปรตีนสังเคราะห์ พัฒนาโดย ลีอาห์ สแปงเลอร์, ไมเคิล เฮชท์ และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน เทคนิคนี้สามารถนำไปสู่วิธีการที่ยั่งยืนมากขึ้นสำหรับการผลิตจุดควอนตัมในระดับอุตสาหกรรม

จุดควอนตัมเป็นผลึกนาโนของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติควอนตัมที่เป็นประโยชน์ซึ่งอยู่ระหว่างคุณสมบัติของวัสดุจำนวนมากและอะตอมแต่ละตัว ด้วยการใช้งานที่น่าตื่นเต้น เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ จอแสดงผล LED และเทคโนโลยีควอนตัม การวิจัยเกี่ยวกับควอนตัมดอทจึงเป็นประเด็นร้อน อย่างไรก็ตาม การผลิตโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ขนาดเล็กเหล่านี้มักต้องใช้ทั้งอุณหภูมิสูงและตัวทำละลายที่เป็นพิษ ดังนั้น นักวิจัยจึงมองหาวิธีในการสร้างจุดควอนตัมที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

ในการศึกษานี้ ทีมงานได้ตรวจสอบว่าจุดควอนตัมสามารถสร้างขึ้นได้อย่างไรโดยใช้ปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียด ซึ่งเกี่ยวข้องกับโปรตีนที่ไม่มีอยู่ในระบบทางชีววิทยาตามธรรมชาติ แต่โปรตีนกลับถูกสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการโดยการรวมกรดอะมิโนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเข้าด้วยกัน

ทำให้โลหะปลอดภัย

โปรตีนนั้นเรียกว่า Construct K (ConK) และถูกสังเคราะห์ครั้งแรกในปี 2016 งานก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่า ConK ช่วยให้ อีโคไล แบคทีเรียเพื่อความอยู่รอดจากความเข้มข้นที่เป็นพิษของทองแดง แม้ว่ากลไกทางเคมีที่เพิ่มความอยู่รอดของแบคทีเรียยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่ากลไกดังกล่าวเกี่ยวข้องกับกระบวนการเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้อะตอมของโลหะจับกับโมเลกุล ส่งผลให้อะตอมมีพิษน้อยลง ในธรรมชาติ กระบวนการที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นได้จากโปรตีนธรรมชาติที่พบในแบคทีเรียบางชนิดที่สามารถอาศัยอยู่ในโลหะที่มีความเข้มข้นสูง

จุดควอนตัมมักทำจากสารกึ่งตัวนำผสม เช่น แคดเมียมซัลไฟด์ ซึ่งรวมถึงแคดเมียมโลหะที่เป็นพิษด้วย ด้วยเหตุนี้ Hecht และเพื่อนร่วมงานจึงคาดการณ์ว่า ConK สามารถใช้ในการสังเคราะห์จุดควอนตัมแคดเมียมซัลไฟด์ได้ ทีมงานพบว่า ConK สามารถกระตุ้นการสลายตัวของกรดอะมิโนซิสเทอีน ทำให้เกิดผลพลอยได้ รวมถึงไฮโดรเจนซัลไฟด์ สารประกอบนี้สามารถทำปฏิกิริยากับแคดเมียมเพื่อสร้างนาโนคริสตัลแคดเมียมซัลไฟด์

อาร์เรย์ควอนตัมดอทสามารถสร้างสวิตช์พลังงานต่ำมากได้

เมื่อเปรียบเทียบกับโปรตีนธรรมชาติ ทีมงานของ Hecht พบว่าแนวทางใหม่นี้มีข้อดีสองประการที่เกี่ยวข้องกับการเติบโตของนาโนคริสตัลที่ช้าลงเมื่อสร้างขึ้นโดยใช้ ConK ข้อดีประการหนึ่งคือนาโนคริสตัลแคดเมียมซัลไฟด์ถูกสร้างขึ้นโดยมีโครงสร้างผลึกเดียวกันเป็นส่วนใหญ่ แทนที่จะใช้โครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันสองชนิดผสมกัน ประการที่สองคือผลึกนาโนจะคงตัวที่ขนาดประมาณ 3 นาโนเมตร แม้ว่าจะมีรูปร่างที่ไม่สม่ำเสมอเล็กน้อยก็ตาม

“จุดควอนตัมที่เรากำลังสร้างยังไม่มีคุณภาพที่ดีนัก แต่สามารถปรับปรุงได้โดยการปรับการสังเคราะห์” Spangler กล่าว "เราสามารถบรรลุคุณภาพที่ดีขึ้นได้โดยการออกแบบโปรตีนให้มีอิทธิพลต่อการสร้างจุดควอนตัมในรูปแบบต่างๆ"

ในอนาคต พวกเขาหวังว่าเทคนิคนี้จะนำไปสู่การผลิตควอนตัมดอทคุณภาพสูงที่มีความเสถียรที่อุณหภูมิห้องในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งรับประกันอนาคตที่ยั่งยืนมากขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมควอนตัมดอทที่เติบโตอย่างรวดเร็ว

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน กิจการของ National Academy of Sciences.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/chemists-use-synthetic-protein-to-produce-quantum-dots-at-room-temperature/