普林斯顿大学化学家成功利用定制蛋白质在室温下创造量子点
自然界使用20种典型的氨基酸作为制造蛋白质的构件,将它们的序列组合起来,创造出能发挥生物功能的复杂分子。但是,自然界没有选择的序列会发生什么?在构建全新的序列以制造新的,或从头开始的,与自然界中的任何东西几乎没有相似之处的蛋白质方面,又有什么可能性呢?
普林斯顿大学的Michael Hecht教授和他的研究小组在化学领域取得了一项重大发现,他们创造了第一个已知的能催化量子点合成的从头蛋白质。量子点是具有荧光特性的纳米晶体,被用于一系列的电子应用,包括LED屏幕和太阳能电池板。这种创造量子点的新方法有可能比目前的方法更具有可持续性和环保性,因为它表明可以使用并非来自自然界的蛋白质序列来合成功能性材料。
在电子显微镜下拍摄的量子点的图像。这些量子点是在赫克特实验室使用新蛋白质生产的。每个量子点的直径为2纳米,这是一个重要的因素,因为粒子的大小决定了它们发光的颜色,或者说荧光。资料来源:赫克特和斯科尔斯实验室提供
这就是化学教授Michael Hecht和他的研究小组工作的领域,最近,他们对设计自己的序列的好奇心得到了回报。
他们发现了第一个已知的催化或驱动量子点合成的de novo(新创建)蛋白质,量子点是用于从LED屏幕到太阳能电池板等电子应用的荧光纳米晶体。
他们的工作打开了以更可持续的方式制造纳米材料的大门,证明了并非来自自然界的蛋白质序列可以用来合成功能性材料,这对环境有明显的好处。
量子点通常是在工业环境中用高温和有毒、昂贵的溶剂制造的--这种过程既不经济也不环保。但是Hecht和他的研究小组在实验室里用水作为溶剂完成了这一过程,在室温下制造出了稳定的最终产品。
Hecht说:"我们对制造生命分子、蛋白质感兴趣,它们并不是在生命中产生的,"他与威廉-S-托德化学教授和系主任格雷格-斯科尔斯一起领导了这项研究。"在某些方面,我们在问,是否存在我们所知的生命的替代品?地球上的所有生命都来自共同的祖先。但是,如果我们制造出并非来自共同祖先的栩栩如生的分子,它们能做很酷的事情吗?所以在这里,我们正在制造从未在生命中出现过的新型蛋白质,做生命中不存在的事情。"
该团队的工艺还可以调整纳米粒子的大小,这决定了量子点的颜色,或荧光。这为在生物系统中标记分子提供了可能性,例如对体内的癌细胞进行染色。
迈克尔-赫克特教授和第五年的研究生以及量子点研究的合作者姚跃宇在弗里克实验室 图片来源:杰西-康登的照片
"量子点因其尺寸而具有非常有趣的光学特性,"该论文的共同作者、赫克特实验室五年级研究生姚跃宇说。"它们非常善于吸收光线并将其转化为化学能--这使得它们在被制成太阳能电池板或任何种类的光传感器方面非常有用。但另一方面,它们也非常善于以某种所需的波长发光,这使它们适合于制作LED屏幕。"而且,由于它们很小--仅由大约100个原子组成,宽度可能为2纳米--它们能够穿透一些生物屏障,使它们在药品和生物成像方面的用途特别有希望。
"我认为使用新蛋白质为可设计性开辟了一条道路,"这项研究的主要作者、斯科尔斯实验室的前博士后Leah Spangler说。"对我来说,一个关键词是"工程"。我希望能够设计蛋白质来做一些特定的事情,而这是一种你可以做到的蛋白质类型。
她补充说:"我们正在制造的量子点质量还不是很好,但这可以通过调整合成方法来改善。我们可以通过设计蛋白质以不同的方式影响量子点的形成来实现更好的质量。"
Leah Spangler,论文的主要作者,去年在弗里克实验室
基于通讯作者Sarangan Chari(Hecht实验室的高级化学家)所做的工作,该团队使用其设计的名为ConK的新蛋白质来催化该反应。研究人员于2016年首次从一个大型蛋白质组合库中分离出了ConK。它仍然由天然氨基酸组成,但它符合"从头开始"的条件,因为它的序列与天然蛋白质没有任何相似性。
研究人员发现,ConK使大肠杆菌在其他有毒浓度的铜中生存,这表明它可能对金属结合和封存有用。这项研究中使用的量子点是由硫化镉制成的。镉是一种金属,所以研究人员想知道ConK是否可以用来合成量子点。
他们的预感得到了回报,ConK将20种氨基酸之一的半胱氨酸分解成几种产物,包括硫化氢。这将作为活性硫源,然后与金属镉反应,其结果是硫化镉量子点。为了制造这种量子点,需要将镉源和硫源在溶液中反应。蛋白质所做的是随着时间的推移缓慢地制造硫源。因此,最初添加镉,但蛋白质会产生硫,然后发生反应,形成不同大小的量子点。
这项研究得到了美国国家科学基金会MRSEC项目(DMR-2011750)、普林斯顿大学写作中心和加拿大高级研究所的支持。该研究还得到了美国国家科学基金会资助的MCB-1947720对MH的支持。
钱三强的妻子去买菜,售货员老太太,冬笋很贵,买不起就不要碰1936年,以清华物理系第一名成绩毕业的何泽慧异国求学,被德国高等工业学院拒之门外。物理系这个专业将来接触的都是德国的军事机要,从来不招德国外的学生,更何况还是个女生。系主任克里茨
宪政肇建大清帝国资政院资政院,满清立宪运动时成立的议会准备机构,成立于1910年9月,终止于1912年初,由中华民国临时参议院替代。院址北京象来街(民国时期曾改名为国会街,1949年后又改为象来街,今为
他是大清最短命的皇帝,被控制一生离奇死亡,死于天花还是梅毒?同治一朝在后世的标签是中兴,但这中兴,并不是说大清国已经彻底摆脱了危机,进入了蒸蒸日上的时代。中兴的标志,一是镇压了太平天国与各地的起义,二是由洋务运动而开启了求富求强之路。至于同
裴丽生48岁任山西省长,清华高材生,曾为两弹一星研制作出贡献在中国的历史长河中,有无数的英雄出现,他们以天下为己任,为了中国的发展殚精竭虑,奉献一生,为中国的改革发展做出了不可磨灭的贡献。历史的车轮滚滚向前,有无数的英雄早已长眠于地下,但他
古人如何脱体毛?无论何时何地,古代人对于美的追求都是永无止境的,甚至不管是在中国还是在外国,任何朝代任何地方大家都有对美的需求。而对于有些女子来说,过于旺盛的体毛,被认为是一种不雅观的表现。当然对
古人说人洗三澡,命比纸薄,说的啥意思?有道理吗?现在年轻人的生活压力很大,所以年轻人总是在寻找着释放压力的途径,有一些人喜欢旅行,有一些人喜欢洗澡。当我们拖着疲惫的身子,回到了家门之后,总想要洗一个热水澡,热水澡洗去了我们一生的
我是个糊涂人有一件事儿,我始终不明白,尤其最近,真的感觉很困扰。一把年纪的人,感觉自己活的太糊涂了。我曾经暗自琢磨身边的人,那些幸福的人,真的不是八面玲珑眉清目秀之人。比如我的一位堂姐,不善言
非二元性与意识,非常简单的介绍我们这一代人习惯于通过二元性的棱镜来看待世界。我们常常想知道,没有坏就不能有善,没有恶就不能有神,没有白就不能有黑,没有恨就不能有爱,没有悲伤就不能有幸福等等。的确,我们习惯于非黑
黄太太在我心里安息了黄太太死后,又在我心中活了半个多世纪。当我老了,她才在我的心里安息记得,她总是穿一件蓝色旗袍,虽然褪色却浆洗得干净。到了冬天,蓝色的棉旗袍下面穿着蓝裤子,裤子显得疙里疙瘩的,让我纳
你可能从来都不知道,真正阻碍你改变,让你走向成功的是什么?电视剧天道中有一段芮小丹听了王志文的一番话后,说到只有是我自己觉到悟到的才是我的,我自己觉不到悟不到的即使给了我,我也接不住!这句话道出了最根本的人性。生活中大部分人活着都是为了享
英文诗未选择的路无论作何选择,都要热爱生命杀鹌鹑的少女有这么一段话当你老了,回顾一生,就会发觉什么时候出国读书,什么时候决定做第一份职业何时选定了对象而恋爱什么时候结婚,其实都是命运的巨变。只是当时站在三岔路口,眼见风云千