Une équipe d'ingénieurs de l'Université Lehigh a démontré une méthode bactérienne pour le faible coût, synthèse respectueuse de l'environnement de nanocristaux de points quantiques (QD) solubles dans l'eau à température ambiante.

Chercheurs principaux Steven McIntosh, Bryan Berger et Christopher Kiely, avec une équipe de génie chimique, bio-ingénierie, et les étudiants en sciences des matériaux présentent cette nouvelle approche pour la biosynthèse reproductible de l'extracellulaire, QDs hydrosolubles dans le numéro du 1er juillet de la revue Chimie verte . Il s'agit du premier exemple d'ingénieurs exploitant la capacité unique de la nature à réaliser une fabrication rentable et évolutive de QD à l'aide d'un processus bactérien.

En utilisant une souche modifiée de Stenotrophomonas maltophilia contrôler la taille des particules, l'équipe a biosynthétisé des QD en utilisant des bactéries et du sulfure de cadmium pour fournir une voie à faible coût, synthèse évolutive et verte de nanocristaux de CdS avec contrôle extrinsèque de la taille des cristallites dans le domaine du confinement quantique. La solution donne extracellulaire, points quantiques solubles dans l'eau à partir de précurseurs peu coûteux à température et pression ambiantes. Le résultat est des nanocristaux semi-conducteurs CdS avec une bande interdite dépendant de la taille et des propriétés photoluminescentes associées.

Cette approche biosynthétique fournit une voie viable pour réaliser la promesse de la bioproduction verte de ces matériaux. L'équipe de Lehigh a récemment présenté ce processus à une vitrine nationale d'investisseurs et de partenaires industriels lors de la conférence mondiale de l'innovation TechConnect 2015 et de la vitrine nationale de l'innovation à Washington, D.C. 14-17 juin.

« Les QD biosynthétiques permettront le développement d'un produit respectueux de l'environnement, procédé bio-inspiré contrairement aux approches actuelles qui reposent sur des températures élevées, pressions, solvants toxiques et précurseurs coûteux, " dit Berger. " Nous avons développé un approche « verte » qui réduit considérablement les coûts et l'impact environnemental."

Points quantiques, qui ont une utilisation dans diverses applications telles que l'imagerie médicale, éclairage, technologies d'affichage, cellules solaires, photocatalyseurs, énergies renouvelables et optoélectronique, sont généralement coûteux et compliqués à fabriquer. En particulier, les méthodes de synthèse chimique actuelles utilisent des températures élevées et des solvants toxiques, qui rendent l'assainissement de l'environnement coûteux et difficile.

Ce procédé nouvellement décrit permet la fabrication de points quantiques à l'aide d'un procédé respectueux de l'environnement et à une fraction du coût. Alors que dans les techniques de production conventionnelles, les QD coûtent actuellement 1 $, 000-10$, 000 par gramme, la technique de biofabrication réduit ce coût à environ 1 à 10 $ par gramme. La réduction substantielle des coûts permet potentiellement la production à grande échelle de QD viables pour une utilisation dans des applications commerciales.

« Nous estimons des rendements de l'ordre du gramme par litre à partir de cultures batch dans des conditions optimisées, et sont capables de reproduire une large gamme de tailles de QD CdS, ", a déclaré Steven McIntosh.

La recherche est financée par la Division des frontières émergentes de la recherche et de l'innovation de la National Science Foundation (EFRI Grant No. 1332349) et s'appuie sur le succès du financement initial, fourni par les programmes de subvention d'innovation de la faculté (FIG) et de subvention d'opportunité de recherche collaborative (CORE) de Lehigh.

Le groupe de recherche Lehigh étudie également, via la division EFRI de la NSF, l'expansion de ce travail pour inclure un large éventail d'autres matériaux fonctionnels. Les matériaux fonctionnels sont ceux dont la composition est contrôlée, Taille, et structure pour faciliter les interactions souhaitées avec la lumière, champs électriques ou magnétiques, ou un environnement chimique pour fournir des fonctionnalités uniques dans un large éventail d'applications allant de l'énergie à la médecine.

McIntosh a dit, "Alors que la biosynthèse des matériaux structuraux est relativement bien établie, exploiter la nature pour créer des matériaux inorganiques fonctionnels ouvrira la voie à une future économie basée sur la bioproduction respectueuse de l'environnement. Nous pensons que ce travail est le premier pas sur cette voie."