De CdS-kwantumstippen ‘gezien’ door een elektronenmikroskoop (Afb: Princetonuniversiteit)

Kwantumstippen zijn halfgeleider-kristallen in nanoafmetingen die optisch en elektronisch kunnen worden toegepast zoals lichtdiodes (leds) en zonnecellen. Het kost nogal wat energie om ze te maken en daarbij zijn ook giftige en dure oplosmiddelen nodig. Nu hebben onderzoeksters van de Princetonuniversiteit in de VS een proces ontwikkeld waarbij schoon water als oplosmiddel wordt gebruikt en waarbij synthetische eiwitten worden gebruikt om bij kamertemperatuur nanostippen te vervaardigen: ‘groen’ en goedkoop, stellen de onderzoeksters, maar die kwantumstippen bestaan uit cadmiumsulfide. Cadmium is nogal giftig.
Dat synthetische eiwit fungeerde als enzym voor een proces om kwantumstippen onder milde en relatief schone omstandigheden te maken. “We zijn geïnteresseerd in het synthetiseren van levensmoleculen, eiwitten, die niet in het leven voorkomen”, zegt Greg Scholes. “Zijn het wellicht alternatieven voor het leven zoals we dat kennen? Alle leven op aarde heeft een gezamenlijke oorsprong, maar wij maken soortgelijke moleculen die daar niet van afstammen. Kunnen die iets bijzonders doen?”
Met het door de onderzoeksters ontwikkelde proces is ook de deeltjesgrootte te variëren, wat, bijvoorbeeld, de kleur bepaalt waarmee een kwantumstip oplicht of fluoresceert. Daarmee zouden, bijvoorbeeld, kankercellen in een (levend) weefsel kunnen worden gemerkt.

“Kwantumstippen hebben interessante optische eigenschappen”, zegt medeonderzoeker Yueyu Yao. “Ze absorberen erg goed licht en zetten dat om in chemische energie. Dat is nuttig in zonnecellen of lichtsensoren. Ze zenden licht uit met een zeer bepaalde (en te bepalen; as) frequentie. Dan heb je het over led-schermen.”
Zo’n kwantumstip is haast onvoorstelbaar klein en bestaat uit zo’n honderd (100) atomen (mogen dat ook moleculen zijn? Ja; as) en hebben een afmeting in de nanosfeer (1 nm=eenmiljoenste mm). Met die afmetingen zijn ze ook bruikbaar in de geneeskunde en voor een ‘inkijk’ in (levende) cellen.

ConK

Hun synthetische eiwit, ConK (ConstructieK) gedoopt, werd al in 2016 uit een eiwitdatabank uitverkoren als beloftevol. ConK bestaat wel uit een combinatie van de twintig natuurlijke (essentiële) aminozuren, maar komt in de natuur niet voor (en is daarmee synthetisch).
Eerder was ontdekt dat dat eiwit Escherichia coli’s (gewone darmbacteriën) in leven hield in een giftige en normaal dodelijke omgeving van koper. Dat zou betekenen dat ConK enige affiniteit met koper(verbindingen) heeft en misschien ook wel met andere metalen en/of metaalverbindingen. De kwantumstippen die de onderzoekers wilden maken bestonden uit cadmiumsulfidemoleculen.

De gok pakte goed uit. Het eiwit breekt cysteïne, een van de 20 essentiële eiwitten, af en een van de producten is zwavelwaterstof. Dat levert het zwavel dat een verbinding aangaat met cadmium. Resultaat: kwantumstippen (maar wel van het giftige cadmium; as). Hoe ‘groen’ is ‘groen’. Ik (=as) ben nog niet echt overtuigd van de ‘groenheid’ van dit procédé…

Bron: Science Daily