Ssylka

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

16956Почему гигантская акула-молот предпочитает охотиться на других акул? 16955Волнообразные соседи солнца: тайные колыбели звёзд 16954Как свободный выбор приложений сотрудниками создает скрытые угрозы для бизнеса? 16953Обречена ли вселенная на коллапс через 10 миллиардов лет? 16952Новая забастовка усугубляет репутационный кризис Boeing 16951Хорнелундское золото: неразгаданная тайна викингов 16950Физический движок в голове: как мозг разделяет твердые предметы и текучие вещества 16949Скрыты ли в нашей днк ключи к лечению ожирения и последствий инсульта? 16948Почему символ американской свободы был приговорен к уничтожению? 16947Рукотворное убежище для исчезающих амфибий 16946Какую тайну хранит жестокая жизнь и загадочная смерть сестер каменного века? 16945Скрывает ли Плутон экваториальный пояс из гигантских ледяных клинков? 16944Взгляд на зарю вселенной телескопом Джеймса Уэбба 16943От сада чудес до протеина из атмосферы 16942Кратковременный сон наяву: научное объяснение пустоты в мыслях