Các nhà hóa học sử dụng protein tổng hợp để tạo ra các chấm lượng tử ở nhiệt độ phòng

Các nhà hóa học sử dụng protein tổng hợp để tạo ra các chấm lượng tử ở nhiệt độ phòng

Dấu thời gian: ngày 9 tháng 2023 năm 11 09:XNUMX sáng

Nhà nghiên cứu chấm lượng tử tại Princeton
Leah Spangler: “Chúng tôi có thể đạt được chất lượng tốt hơn bằng cách chế tạo protein để tác động đến sự hình thành chấm lượng tử theo những cách khác nhau.” (Được phép: C Todd Reichart/Khoa Hóa học, Đại học Princeton)

Các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã tạo ra các chấm lượng tử bằng cách sử dụng các phản ứng sinh hóa ở nhiệt độ phòng được xúc tác bởi một loại protein tổng hợp. Được phát triển bởi Leah Spangler, Michael Hecht và các đồng nghiệp tại Đại học Princeton, kỹ thuật này có thể dẫn đến các phương pháp bền vững hơn để sản xuất các chấm lượng tử ở quy mô công nghiệp.

Các chấm lượng tử là các tinh thể nano của vật liệu bán dẫn có các tính chất lượng tử hữu ích nằm giữa các tính chất của vật liệu khối và các nguyên tử riêng lẻ. Với các ứng dụng thú vị bao gồm pin mặt trời, màn hình LED và công nghệ lượng tử, nghiên cứu về các chấm lượng tử là một chủ đề nóng. Tuy nhiên, việc sản xuất những cấu trúc bán dẫn nhỏ bé này thường đòi hỏi cả nhiệt độ cao và dung môi độc hại – vì vậy các nhà nghiên cứu đang tìm cách tạo ra các chấm lượng tử thân thiện với môi trường hơn.

Trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu cách thức các chấm lượng tử có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các phản ứng sinh hóa được tinh chỉnh liên quan đến một loại protein không tồn tại tự nhiên trong các hệ thống sinh học. Thay vào đó, protein được tạo ra trong phòng thí nghiệm bằng cách kết hợp các axit amin tự nhiên.

Làm cho kim loại an toàn

Protein đó được gọi là Construct K (ConK) và nó được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 2016. Công việc trước đây đã chỉ ra rằng ConK cho phép E coli vi khuẩn để tồn tại nồng độ độc hại của đồng. Mặc dù các cơ chế hóa học thúc đẩy sự sống sót của vi khuẩn vẫn chưa được hiểu đầy đủ, nhưng các nhà khoa học nghi ngờ rằng nó liên quan đến các quá trình xúc tác khiến các nguyên tử kim loại liên kết với các phân tử – khiến các nguyên tử ít độc hơn. Trong tự nhiên, một quá trình tương tự cũng đạt được nhờ các protein tự nhiên có trong một số loại vi khuẩn có thể sống ở nồng độ kim loại cao.

Các chấm lượng tử thường được làm từ các chất bán dẫn hỗn hợp như cadmium sulphide – bao gồm cadmium kim loại độc hại. Kết quả là, Hecht và các đồng nghiệp đã dự đoán rằng ConK có thể được sử dụng trong quá trình tổng hợp các chấm lượng tử cadmium sulphide. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng ConK có thể xúc tác quá trình phân hủy axit amin cysteine, tạo ra các sản phẩm phụ bao gồm hydro sunfua. Hợp chất này sau đó có thể phản ứng với cadmium để tạo ra các tinh thể nano cadmium sulphide.

Khi so sánh với các protein tự nhiên, nhóm của Hecht nhận thấy rằng phương pháp mới của họ có hai ưu điểm chính liên quan đến sự phát triển chậm hơn của các tinh thể nano khi được tạo ra bằng ConK. Một lợi thế là các tinh thể nano cadmium sulphide được tạo ra hầu hết với cùng một cấu trúc tinh thể, chứ không phải là hỗn hợp của hai cấu trúc tinh thể khác nhau. Thứ hai là các tinh thể nano ổn định ở kích thước khoảng 3 nm, mặc dù có hình dạng hơi bất thường.

Spangler nói: “Các chấm lượng tử mà chúng tôi đang tạo ra vẫn chưa có chất lượng tuyệt vời, nhưng điều đó có thể được cải thiện bằng cách điều chỉnh quá trình tổng hợp. “Chúng tôi có thể đạt được chất lượng tốt hơn bằng cách chế tạo protein để tác động đến sự hình thành chấm lượng tử theo những cách khác nhau.”

Trong tương lai, họ hy vọng kỹ thuật này có thể dẫn đến việc sản xuất các chấm lượng tử chất lượng cao, ổn định ở quy mô công nghiệp ở nhiệt độ phòng – đảm bảo một tương lai bền vững hơn cho ngành công nghiệp chấm lượng tử đang phát triển nhanh chóng.

Nghiên cứu được mô tả trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý