Как квантовые точки и микробы общаются: открытие двух путей электронного переноса

Исследователи из Корнельского университета совершили прорыв в понимании взаимодействия между неорганическими наноматериалами и живыми микроорганизмами. Научная группа под руководством Мокшина Сури и Тобиаса Ханрата (профессора инженерии Дэвида Кролла в Школе химической и биомолекулярной инженерии) обнаружила и количественно описала два различных пути передачи электронов между квантовыми точками и микробами.
Как квантовые точки и микробы общаются: открытие двух путей электронного переноса
Изображение носит иллюстративный характер

Проект, стартовавший в 2019 году, объединил специалистов из разных областей, включая Пенга Чена (профессора химии Питера Дж. В. Дебая из Колледжа искусств и наук), Буза Барстоу (доцента биологической и экологической инженерии из Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни) и Уоррена Зипфеля (доцента биомедицинской инженерии). В 2023 году команда разработала платформу для визуализации биогибридных систем с разрешением на уровне отдельных клеток. Исследование основывается на технологии квантовых точек, отмеченной Нобелевской премией по химии 2023 года.

Используя флуоресцентную микроскопию с визуализацией времени жизни и двухфотонным возбуждением, ученые изучили взаимодействие между квантовыми точками селенида кадмия и бактериями Shewanella oneidensis. Они обнаружили, что электроны могут перемещаться двумя различными путями: непосредственно от квантовой точки к микробу или через молекулы-посредники, называемые редокс-медиаторами.

«Мы смогли увидеть и количественно оценить различные пути электронного переноса между квантовыми точками и микробами, что является фундаментальным шагом к объединению цифровой обработки информации с микробной биохимией», – отмечают исследователи в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Интересно, что ученые также обнаружили отчетливое гало вокруг микроба, что указывает на периферическую помощь в переносе заряда. Каждый из путей электронного переноса характеризуется различными скоростями и характерными временными константами, что открывает возможности для тонкой настройки этих взаимодействий.

Квантовые точки, являющиеся полупроводниковыми нанокристаллами с сильными взаимодействиями света и материи, уже используются в коммерческих QD LED-дисплеях. Их оптические и электронные свойства можно настраивать, изменяя их размер. В данном исследовании ученые использовали квантовые точки в обратном режиме LED-функциональности, вводя фотоны для наблюдения за переносом электронов.

Значимость этого открытия выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Биогибридные системы, сочетающие квантовые точки и микробы, могут найти применение в преобразовании углекислого газа в ценные химические продукты, такие как биопластики и биотопливо. Кроме того, понимание механизмов электронного переноса может позволить контролировать другие микробные процессы.

Исследование использует синергию между квантовыми точками, которые сильно взаимодействуют со светом, и микробами, способными осуществлять сложные химические преобразования. Соавторы исследования Фаршид Салимиджази, Джек Кроули, Янгчан Парк и Бинг Фу также внесли значительный вклад в понимание этих сложных взаимодействий на наноуровне.

Это открытие может стать основой для создания новых биогибридных технологий, объединяющих преимущества неорганических наноматериалов и живых систем для решения актуальных проблем энергетики и экологии.


Новое на сайте

19209Как беспрецедентный бунт чернокожих женщин в суде Бостона разрушил планы рабовладельцев? 19208Как новые поколения троянов удаленного доступа захватывают системы ради кибершпионажа и... 19207Почему мировые киберпреступники захватили рекламные сети, и как Meta вместе с властями... 19206Как фальшивый пакет StripeApi.Net в NuGet Gallery незаметно похищал финансовые API-токены... 19205Зачем неизвестная группировка UAT-10027 внедряет бэкдор Dohdoor в системы образования и... 19204Ритуальный предсвадебный плач как форма протеста в традиционном Китае 19203Невидимая угроза в оперативной памяти: масштабная атака северокорейских хакеров на... 19202Как уязвимость нулевого дня в Cisco SD-WAN позволяет хакерам незаметно захватывать... 19201Как Google разрушил глобальную шпионскую сеть UNC2814, охватившую правительства 70 стран... 19200Как простое открытие репозитория в Claude Code позволяет хакерам получить полный контроль... 19199Зачем киберсиндикат SLH платит женщинам до 1000 долларов за один телефонный звонок в... 19198Устранение слепых зон SOC: переход к доказательной сортировке угроз для защиты бизнеса 19197Скрытые бэкдоры в цепочках поставок по: атаки через вредоносные пакеты NuGet и npm 19196Как абсолютная самоотдача, отказ от эго и физиологическое переосмысление тревоги помогают... 19195Отказ от стратегии гладиаторов как главный драйвер экспоненциального роста корпораций
Ссылка