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나노-바이오 하이브리드 시스템에서 전자는 두 가지 경로 중 하나를 이동합니다
데이비드 너트, 코넬 대학교 출처: Pixabay/CC0 퍼블릭 도메인
땅콩버터와 젤리. 사이먼 앤 가펑클. 반도체와 박테리아. 어떤 조합은 다른 조합보다 더 오래갑니다. 최근 몇 년 동안 코넬 대학 연구원들로 구성된 학제간 팀은 미생물과 양자점이라고 알려진 반도체 나노결정을 짝지어, 햇빛을 수확하여 재료와 에너지 응용 분야에 복잡한 화학적 변환을 수행할 수 있는 나노-바이오하이브리드 시스템을 만드는 것을 목표로 했습니다. 이번 연구에서 연구팀은 미생물이 양자점으로부터 전자를 받으면 정확히 무슨 일이 일어나는지 처음으로 확인했습니다. 전하는 직접 경로를 따라갈 수도 있고 미생물의 셔틀 분자를 통해 간접적으로 전달될 수도 있습니다.
연구 결과는 미국 국립과학원 회보 에 게재되었습니다 . 주저자는 Mokshin Suri입니다. "간단히 말해서, 우리는 의사소통을 위한 다양한 경로가 있다는 것을 발견했습니다." 코넬 엔지니어링의 스미스 화학 및 생물 분자 공학 대학의 데이비드 크롤 공학 교수이자 수석 저자인 토비아스 핸래스가 말했습니다. "그 자체로 의심되고 논의되었지만, 우리가 한 것처럼 정확하게 정량화되고 이미지화되지는 않았습니다.
이것은 디지털 정보 처리와 미생물 생화학을 결합하는 장기적 비전을 향한 아주 첫 번째 기본 단계입니다." 이 프로젝트는 2019년에 시작되었습니다. 이 노력은 예술 및 과학 대학의 화학과 Peter JW Debye 교수인 Peng Chen의 현미경 능력과 농업 및 생명 과학 대학의 생물 및 환경 공학 조교수인 Buz Barstow 박사, 그리고 스스로를 "입자 남자"라고 부르는 Hanrath의 합성 생물학 전문 지식을 결합했습니다.
2023년에 이 팀은 단일 세포 분해능으로 바이오 하이브리드 시스템을 이미징하고 본질적으로 전기화학적 활동이 발생한 위치를 분석하는 플랫폼을 개발했습니다. 새로운 연구를 위해 연구자들은 다르지만 보완적인 접근 방식을 사용하기로 결정했는데, 구체적으로는 양자점에서 전자를 빼내 미생물에 넣는 방법을 이해하기 위한 것입니다. 그들은 조직 분석과 같은 생물의학 연구에 광학 현미경을 사용하는 것을 전문으로 하는 코넬 엔지니어링의 생물의학 공학 부교수인 워런 지펠에게 의뢰했습니다.
"목신이 이 일에 기여한 멋진 아하 순간은 그 동일한 도구를 사용하여 이전에는 한 번도 시도되지 않았던 양자점과 미생물 간의 상호 작용을 조사할 수 있다는 인식이었습니다." 한라스가 말했습니다. "그래서 그 자체로 측정하는 것만으로도 참신한 점이 있고, 그것에서 얻은 통찰력을 넘어선 것입니다." 양자점은 강한 빛-물질 상호 작용을 특징으로 하며, 크기를 변경하여 광학적 및 전자적 특성을 맞춤 설정할 수 있습니다.
이러한 능력은 2023년 노벨 화학상 수상으로 인정받았습니다. 양자점은 이미 QD LED 디스플레이 형태로 상업 기술에 도입되었는데, 여기서 전자가 주입되고 광자가 튀어나옵니다. 그 반대의 방식으로도 작동합니다. "저희 연구에서는 본질적으로 LED 기능을 역으로 활용했습니다." Hanrath가 말했습니다. "주입된 전자에서 광자를 방출하는 대신 광자를 주입하고 조명된 양자점에서 근처 미생물로 전자가 주입되는 방식을 관찰합니다."
양자점은 빛과 강한 상호 작용 을 하지만 , 비교적 기본적인 화학적 변형에 국한되고, 미생물 세포의 경우는 그 반대라고 Hanrath는 말했습니다. 그래서 양자점-미생물 하이브리드는 그토록 강력한 잠재적 시너지를 가지고 있습니다. 연구자들은 셀레나이드 양자점과 Shewanella oneidensis 박테리아에 2광자 여기를 사용한 형광 수명 이미징 현미경을 사용하여 미생물을 둘러싼 뚜렷한 후광을 식별했는데, 이는 전하 이동이 주변 지원을 받고 있음을 시사했습니다. 전자는 양자점에서 미생물로 직접 이동하거나, 산화환원 매개체라고 하는 셔틀 분자를 통해 미생물에서 이동할 수 있습니다.
"그것들은 다른 속도, 다른 종류의 특성 시간 상수를 가지고 있습니다." Hanrath가 말했다. "그리고 우리가 한 형광 수명 측정으로 그것을 측정할 수 있습니다." 이런 종류의 광합성 생물 하이브리드는 이산화탄소를 바이오플라스틱, 바이오연료와 같은 부가가치가 있는 화학 제품으로 전환하고, 다른 미생물 과정을 제어할 수 있는 잠재력이 있습니다.
"디지털 정보 처리를 미생물이 하는 일과 합치면 가능한 모든 일에 대해 생각하는 것은 신나는 일입니다."라고 한라스는 말했습니다. "미생물과 소통할 방법이 있다면, 그렇지 않으면 하지 않았을 일이나 다른 방법으로는 하기 정말 어려웠을 일을 하도록 지시할 수 있습니다." 첸, 지펠, 바스토우 외에도 공동 저자로는 파르시드 살리미자지 박사, 박사과정 학생 잭 크롤리, 박사후 연구원 영찬 박, 빙 푸가 있습니다.
추가 정보: Mokshin Suri et al, 형광 수명 이미징 현미경을 사용한 양자점-미생물 계면에서의 공간 분해 전하 이동 동역학, 미국 국립과학원 회보 (2025). DOI: 10.1073/pnas.2407987122 저널 정보: Proceedings of the National Academy of Sciences Cornell University 에서 제공
https://phys.org/news/2025-03-electrons-routes-nano-biohybrid.html
메모 2503191209 소스1.분석중_【】
1.
새로운 연구를 위해 연구자들은 양자점에서 전자를 미생물로 만드는 방법을 이해하기 위해 다르지만 상호 보완적인 접근 방식을 사용하기로 결정했다.
미생물은 수많은 양자점을 거느리고 있음이여. 고로 전자로 광자를 광자를 전자로 변환하는 다양한 경로가 msbase.road로 존재함이여. 으음. 고로, 전자는 나노 바이오 하이브리드 시스템 qms.qvix에서 기본적으로 이중성의 얽힘과 중첩의 두 가지 경로 중 하나로 이동한다. 어허. 고로, 우주의 생물학적 바이오로직 개념의 지구촌 땅콩버터와 딸기잼. 사이먼 앤 가펑클. 반도체와 박테리아. 생물학적 역동성, 반응성을 가진 일부 조합은 다른 여타 화학적 메타 대칭적 구조의 sms.oms.vix.ain 그 어느 조합보다 내구성 확산 진화성이 매우 뛰어나다. 으음.
최근 몇 년 동안, 코넬 연구팀은 물질과 에너지 응용을 위한 복잡한 화학적 변환을 수행하기 위해 햇빛을 수확할 수 있는 나노 바이오 하이브리드 시스템을 만들기 위해 미생물과 양자점으로 알려진 반도체 나노 결정을 결합하고 있다. 이제 연구팀은 [1]미생물이 양자점으로부터 전자를 받을 때] 정확히 어떤 일이 일어나는지 처음으로 밝혀냈다. 전하는 직접 경로를 따르거나 미생물의 셔틀 분자를 통해 간접적으로 전달될 수 있다.
_[1】레이저 빔이나 전자빔을 통한 국소 *양자점으로 부터 전자를 받을 때 어떤 일이 일어나는지 궁금했다. *'전하는 직접 경로를 따르거나 미생물의 셔틀 분자를 통해 간접적으로 전달될 수 있다.
1-1.)이것은 의사소통을 위한 다양한 경로가 있다는 것으로 디지털 정보 처리와 미생물 생화학을 결합하는 장기 비전을 향한 첫 번째 근본적인 단계이다.
전하는 원자로 부터 광자에 의해 분리되었고 원자는 전자를 잃고 하전입자로 전락된다. 양자점은 강한 빛-물질 상호작용으로 특징지어지며, 크기를 변경하여 광학적 및 전자적 특성을 맞춤 조정할 수 있다. 이는 2023년 노벨 화학상에서 인정받은 기능이다. 그들은 이미 전자가 주입되고 광자가 튀어나오는 QD LED 디스플레이의 형태로 상업 기술에 진출했다. 그들은 반대 방향으로도 작동한다.
*quantum dot, QD 또는 양자점은 크기가 수 나노미터(nm) 크기에 불과한 초미세 반도체 입자를 말한다. 자외선으로 비춘 콜로이드성 퀀텀 닷. 서로 다른 크기의 퀀텀 닷이 퀀텀 제한으로 인해 다른 색의 빛을 발산한다.
밝은 부분은 더 밝게, 어두운 부분은 더 세밀하고 정교하게 표현한다. 발광하는 빛의 파장도 크기에 따라 달라져 기존에 접하지 못한 색을 구현할 수 있다. 또한 전력 소모량도 줄일 수 있다.
*'참고1.
물리학자들이 비틀린 빛을 사용하여 원자를 제어하는 방법을 발견했다. 과학자들은 구조화된 광선을 사용하여 전례 없는 정밀도로 이온화를 제어할 수 있는 방법을 발견했다. 이는 의료 영상에서 양자 컴퓨팅에 이르는 다양한 분야를 변화시킬 수 있다. 과학자들은 특별히 설계된 광선을 사용하여 원자가 전자를 잃는 과정인 이온화를 제어하는 새로운 방법을 공개했다. 각운동량을 전달하는 빛인 광 소용돌이 빔을 활용하면 전자가 원자에서 어떻게 분리되는지 정확하게 지시할 수 있다. 이 발견은 이미징 기술을 재구성하고 입자 가속을 향상시키며 양자 컴퓨팅의 발전을 위한 문을 열 수 있다.
_[】소용돌이 레이저 빔의 qms.nqvixer 내에 보기1.의 oss.zerosum 0의 값을 조정하면 원자에서 전자를 떼어내는 선택적 이혼화가 달성한다는 사실을 발견한듯 하다. 어허.
보기1.
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