Uma equipe de engenheiros da Lehigh University demonstrou um método bacteriano de baixo custo, síntese ambientalmente correta de nanocristais de pontos quânticos solúveis aquosos (QD) em temperatura ambiente.

Pesquisadores principais Steven McIntosh, Bryan Berger e Christopher Kiely, junto com uma equipe de engenharia química, Bioengenharia, e estudantes de ciências materiais apresentam esta nova abordagem para a biossíntese reproduzível de extracelular, QDs solúveis em água na edição de 1º de julho da revista Química verde . Este é o primeiro exemplo de engenheiros que aproveitam a capacidade única da natureza para obter fabricação econômica e escalonável de QDs usando um processo bacteriano.

Usando uma cepa projetada de Stenotrophomonas maltophilia para controlar o tamanho das partículas, a equipe biossintetizou QDs usando bactérias e sulfeto de cádmio para fornecer uma rota de baixo custo, síntese escalonável e verde de nanocristais de CdS com controle de tamanho de cristalito extrínseco na faixa de confinamento quântico. A solução produz extracelular, pontos quânticos solúveis em água de precursores de baixo custo em temperatura e pressão ambiente. O resultado são nanocristais semicondutores CdS com gap de banda dependente do tamanho e propriedades fotoluminescentes associadas.

Esta abordagem biossintética fornece um caminho viável para cumprir a promessa da biomanufatura verde desses materiais. A equipe de Lehigh apresentou este processo recentemente para uma vitrine nacional de investidores e parceiros industriais na Conferência Mundial de Inovação TechConnect 2015 e Vitrine Nacional de Inovação em Washington, D.C. de 14 a 17 de junho.

"Os QDs biossintéticos permitirão o desenvolvimento de um produto ambientalmente correto, processo bioinspirado, ao contrário das abordagens atuais que dependem de altas temperaturas, pressões, solventes tóxicos e precursores caros, "Berger diz." Nós desenvolvemos um exclusivo, abordagem 'verde' que reduz substancialmente os custos e o impacto ambiental. "

Pontos quânticos, que têm uso em diversas aplicações, como imagens médicas, iluminação, tecnologias de exibição, células solares, fotocatalisadores, energia renovável e optoeletrônica, são normalmente caros e complicados de fabricar. Em particular, os métodos atuais de síntese química usam altas temperaturas e solventes tóxicos, que tornam a remediação ambiental cara e desafiadora.

Este processo recém-descrito permite a fabricação de pontos quânticos usando um processo ambientalmente benigno e com uma fração do custo. Enquanto nas técnicas de produção convencionais, os QDs custam atualmente US $ 1, 000- $ 10, 000 por grama, a técnica de biofabricação reduz esse custo para cerca de US $ 1 a US $ 10 por grama. A redução substancial no custo potencialmente permite a produção em larga escala de QDs viáveis ​​para uso em aplicações comerciais.

"Estimamos rendimentos da ordem de gramas por litro de culturas em lote sob condições otimizadas, e são capazes de reproduzir uma ampla gama de tamanhos de CdS QDs, "disse Steven McIntosh.

A pesquisa é financiada pela Divisão de Fronteiras Emergentes em Pesquisa e Inovação da National Science Foundation (EFRI Grant No. 1332349) e se baseia no sucesso do financiamento inicial, fornecido pelos programas Lehigh's Faculty Innovation Grant (FIG) e Collaborative Research Opportunity Grant (CORE).

O grupo de pesquisa Lehigh também está investigando, por meio da divisão EFRI da NSF, a expansão deste trabalho para incluir uma ampla gama de outros materiais funcionais. Os materiais funcionais são aqueles com composição controlada, Tamanho, e estrutura para facilitar as interações desejadas com a luz, campos elétricos ou magnéticos, ou ambiente químico para fornecer funcionalidade única em uma ampla gama de aplicações, desde energia até medicina.

McIntosh disse, "Embora a biossíntese de materiais estruturais esteja relativamente bem estabelecida, aproveitar a natureza para criar materiais inorgânicos funcionais fornecerá um caminho para uma futura economia baseada na biomanufatura que não agride o meio ambiente. Acreditamos que este trabalho é o primeiro passo neste caminho. ”