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

19857Острова как политический побег: от Атлантиды до плавучих государств Питера Тиля 19856Яйца, которые спасли предков млекопитающих от худшего апокалипсиса на Земле? 19855Могут ли омары чувствовать боль, и почему учёные требуют запретить варить их живыми? 19854Премия в $3 млн за первое CRISPR-лечение серповидноклеточной анемии 19853Почему сотрудники игнорируют корпоративное обучение и как это исправить 19852Тинтагель: место силы Артура или красивая легенда? 19851Голоса в голове сказали правду: что происходит, когда галлюцинации ставят диагноз точнее... 19850Куда исчезает информация из чёрных дыр, если они вообще исчезают? 19849Чёрная дыра лебедь Х-1 бросает джеты со скоростью света — но кто ими управляет? 19848Что увидели фотографы над замком Линдисфарн — и почему они закричали? 19847Почему антисептики в больницах могут создавать устойчивых к ним микробов? 19846Правда ли, что курица может жить без головы? 19845Как Оскар Уайльд использовал причёску как оружие против викторианской морали? 19844Назальный спрей против всех вирусов: как далеко зашла наука 19843«Я ещё не осознал, что мы только что сделали»: первая пресс-конференция экипажа Artemis II
Ссылка