Un equipo de ingenieros de la Universidad de Lehigh ha demostrado un método bacteriano para el bajo costo, Síntesis ecológica de nanocristales de punto cuántico (QD) solubles en agua a temperatura ambiente.

Investigadores principales Steven McIntosh, Bryan Berger y Christopher Kiely, junto con un equipo de ingeniería química, bioingeniería, y estudiantes de ciencias de los materiales presentan este enfoque novedoso para la biosíntesis reproducible de extracelulares, QD 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 estenotrofomona maltofila para controlar el tamaño de las partículas, el equipo biosintetizó QD utilizando bacterias y sulfuro de cadmio para proporcionar una ruta a bajo costo, Síntesis verde y escalable de nanocristales de CdS con control de tamaño de cristalito extrínseco en el rango de confinamiento cuántico. La solución rinde extracelular, puntos cuánticos solubles en agua a partir de precursores de bajo costo a temperatura y presión ambientales. El resultado son nanocristales semiconductores de CdS con propiedades fotoluminiscentes y de banda prohibida dependientes del tamaño asociadas.

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 a una exhibición nacional de inversionistas y socios industriales en la Conferencia Mundial de Innovación TechConnect 2015 y la Exhibición Nacional de Innovación en Washington. D.C. 14-17 de junio.

"Los QD biosintéticos permitirán el desarrollo de un sistema ecológico proceso bioinspirado a diferencia de los enfoques actuales que se basan en altas temperaturas, presiones, solventes tóxicos y precursores costosos, ", Dice Berger." Hemos desarrollado un enfoque 'verde' que reduce sustancialmente tanto los costes como el impacto medioambiental ".

Puntos cuánticos, que tienen uso en diversas aplicaciones tales como imágenes médicas, Encendiendo, tecnologías de visualización, células solares, fotocatalizadores, energías renovables y optoelectrónica, suelen ser costosos y complicados de fabricar. En particular, Los métodos actuales de síntesis química utilizan altas temperaturas y disolventes tóxicos. que hacen que la remediación ambiental sea costosa y desafiante.

Este proceso recién 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 cuestan actualmente $ 1, 000- $ 10, 000 por gramo, la técnica de biofabricación reduce ese costo a alrededor de $ 1 a $ 10 por gramo. La reducción sustancial en el costo permite potencialmente la producción a gran escala de QD viables para su uso en aplicaciones comerciales.

"Estimamos rendimientos del orden de gramos por litro a partir de cultivos por lotes en condiciones optimizadas, y pueden reproducir una amplia gama de tamaños de CdS QD, "dijo Steven McIntosh.

La investigación está financiada por la División de Fronteras Emergentes en Investigación e Innovación de la National Science Foundation (Beca EFRI No. 1332349) y se basa en el éxito de la financiación inicial, proporcionado por los programas Lehigh's Faculty Innovation Grant (FIG) y Collaborative Research Opportunity Grant (CORE).

El grupo de investigación de Lehigh también está investigando, a través de la división EFRI de NSF, la expansión de este trabajo para incluir una amplia gama de otros materiales funcionales. Los materiales funcionales son aquellos con composición controlada, Talla, y estructura para facilitar las interacciones deseadas con la luz, campos eléctricos o magnéticos, o entorno químico para proporcionar una funcionalidad única en una amplia gama de aplicaciones, desde la energía hasta la 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 ".