Un equipo de ingenieros de la Universidad de Lehigh ha demostrado un método bacteriano para la síntesis de bajo costo y amigable con el medio ambiente de nanocristales de puntos cuánticos solubles QD acuosos a temperatura ambiente.
Los investigadores principales Steven McIntosh, Bryan Berger y Christopher Kiely, junto con un equipo de estudiantes de ingeniería química, bioingeniería y ciencias de los materiales presentan este enfoque novedoso para la biosíntesis reproducible de QD extracelulares solubles en agua en la edición del 1 de julio de la revista Química verde . Este es el primer ejemplo de ingenieros que aprovechan la capacidad única de la naturaleza para lograr una fabricación rentable y escalable de QD mediante un proceso bacteriano.
Usando una cepa de ingeniería de Stenotrophomonas maltophilia para controlar el tamaño de partícula, el equipo biosintetizó los QD utilizando bacterias y sulfuro de cadmio para proporcionar una ruta a la síntesis verde y escalable de bajo costo de nanocristales de CdS con control de tamaño de cristalito extrínseco en el rango de confinamiento cuántico. La solución produce extracelular, agua-puntos cuánticos solubles de precursores de bajo costo a temperatura y presión ambiente. El resultado son nanocristales semiconductores de CdS con un intervalo de banda asociado dependiente del tamaño y propiedades fotoluminiscentes.
Este enfoque biosintético proporciona una vía viable para hacer realidad la promesa de la biofabricación ecológica de estos materiales. El equipo de Lehigh presentó este proceso recientemente en un escaparate nacional de inversores y socios industriales en la Conferencia Mundial de Innovación TechConnect 2015 y el Escaparate Nacional de Innovación en Washington,DC 14-17 de junio.
"Los QD biosintéticos permitirán el desarrollo de un proceso ecológico e inspirado en el medio ambiente a diferencia de los enfoques actuales que dependen de altas temperaturas, presiones, solventes tóxicos y precursores costosos", dice Berger. "Hemos desarrollado un 'verde' único.enfoque que reduce sustancialmente el costo y el impacto ambiental ".
Los puntos cuánticos, que se utilizan en diversas aplicaciones, como imágenes médicas, iluminación, tecnologías de visualización, células solares, fotocatalizadores, energía renovable y optoelectrónica, suelen ser costosos y complicados de fabricar. En particular, los métodos actuales de síntesis química utilizan altas temperaturas ysolventes tóxicos, que hacen que la remediación ambiental sea costosa y desafiante.
Este proceso recientemente descrito permite la fabricación de puntos cuánticos utilizando un proceso ambientalmente benigno y a una fracción del costo. Mientras que en las técnicas de producción convencionales, los QD actualmente cuestan entre $ 1,000 y $ 10,000 por gramo, la técnica de biofabricación reduce ese costo a alrededor de $ 1-$ 10 por gramo. La reducción sustancial en el costo potencialmente permite la producción a gran escala de QDs viables para su uso en aplicaciones comerciales.
"Estimamos rendimientos del orden de gramos por litro de cultivos por lotes en condiciones optimizadas, y somos capaces de reproducir un amplio rango de tamaños de QD CdS", dijo Steven McIntosh.
La investigación está financiada por la División de Fronteras Emergentes en Investigación e Innovación de la Fundación Nacional de Ciencias EFRI Grant No. 1332349 y se basa en el éxito de la financiación inicial, suministrada por Lehigh's Faculty Innovation Grant FIG y Collaborative Research Opportunity GrantCORE programas.
El grupo de investigación de Lehigh también está investigando, a través de la división EFRI de la NSF, la expansión de este trabajo para incluir una amplia gama de otros materiales funcionales. Los materiales funcionales son aquellos con composición, tamaño y estructura controlados para facilitar las interacciones deseadas con la luz,campos eléctricos o magnéticos, o entornos químicos para proporcionar una funcionalidad única en una amplia gama de aplicaciones, desde energía hasta medicina.
McIntosh dijo: "Si bien la biosíntesis de materiales estructurales está relativamente bien establecida, aprovechar la naturaleza para crear materiales inorgánicos funcionales proporcionará un camino hacia una futura economía basada en la biofabricación respetuosa con el medio ambiente. Creemos que este trabajo es el primer paso en este camino".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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