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武汉大学:学科交叉取得纳米生物合成新进展
2009-08-10 科学时报 王莉萍

CdSe量子点的非自然的生物合成通路

不同荧光颜色的发光酵母细胞的激光共聚焦图(a-c)、原位荧光光谱(d-f)、粒径分布图(g)以及从酵母细胞中分离纯化后的CdSe量子点的荧光光谱(h-j)

  武汉大学化学与分子科学学院教授庞代文课题组与该校生命科学院教授谢志雄课题组、化学院教授胡斌课题组和北京理工大学副教授谢海燕课题组合作,运用一种新颖的策略,在纳米生物合成领域得到了一个奇妙的研究结果:利用活酵母细胞作为反应器,在非常温和的条件下成功地合成出尺寸可控、闪闪发光的CdSe量子点。这一成果已发表在国际著名期刊《先进功能材料》上(DOI:10.1002/adfm.200801492)。

  不可能的相遇

  这种大胆的尝试突破了惯有的思维模式。通常采用生物的方法合成纳米材料时,主要是简单地利用某种生物模板或者生物本身的某一条代谢途径来做,而该研究在利用生物学方法和体系解决化学领域问题上取得了突破。

  “我们的思路是,在时间和空间上去耦合细胞内不相关的两条生化反应途径,然后让它们在恰当的‘时间’和合适的‘场所’发生我们所期望的化学反应,最后得到一个比较理想的结果。”近日,庞代文在接受《科学时报》记者采访时解释说。

  为什么选择酵母作为“反应器”?庞代文的博士生崔然给《科学时报》的解答是:“生物体,主要是细菌、真菌和藻类等,能够在室温环境下,在细胞的某些特定区域合成出不同种类和形貌的纳米材料。而酵母是一种能够用于生物合成的理想模式菌,有着清楚的研究背景,可以快速精确地对周围环境的变化产生各种应答。Na2SeO3的代谢以及CdCl2的解毒过程是酵母细胞内固有的生化反应途径,而这两个原本不相关的生理过程正好可以提供合成CdSe量子点所必需的合适价态的原料,当‘迫使’它们在同一时间同一地点相遇,就有可能得到我们所期待的产物。”

  量子点(Quantum dots,QDs)是一种三维受限的零维无机半导体纳米晶体。与传统的有机荧光染料和荧光蛋白相比,量子点的发光颜色由粒径和(或)组成所决定,具有激发光谱宽、发射光谱窄而对称、荧光量子产率高、光稳定性好等优点,有助于研究人员直观地以肉眼观察并判断合成的中间过程和最终的合成效果。因此,研究人员选择量子点作为目标产物,以展示他们的新生物合成策略的可行性。

  按照研究人员提出的时空耦合的策略,的确看到了酵母产生的荧光,这种荧光来自于酵母细胞内生成的CdSe量子点。而且,无论从产物的单分散性、粒径的控制还是荧光性质等方面都具有以往的生物合成方法得到的材料所无法比拟的性质。“就以往的发光纳米材料生物合成方法而言,其产物的性质无法与现有的化学合成方法相比。我们现在成功地攻克了这个难题,不仅将繁琐危险的化学操作演变为仅仅‘喂养’细胞即可获得闪闪发光的CdSe纳米晶体,并且能方便可控地获得绿色、黄色、红色等不同发光颜色的CdSe量子点。”庞代文说。

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