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北京前沿科学技术研究院（简称“北前科学院”）成立于2016年9月，北前科学院，是由北京中科光析科学技术研究所，北检（北检）检测技术研究院，标检（北京）质量检测中心等科研单位，组建成立的独立科学科研机构，致力于前沿科学领域的研究与创新人才培养，科学技术转移孵化等，世界前沿新科学普及传播。 更多简介 +
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花生酱和果冻。西蒙和加芬克尔。半导体和细菌。有些组合比其他组合更耐用。近年来，康奈尔大学的一个跨学科研究团队一直在将微生物与被称为量子点的半导体纳米晶体配对，目标是创建纳米生物混合系统，该系统可以收集阳光，为材料和能源应用进行复杂的化学转化
现在，该团队首次准确地确定了微生物从量子点接收电子时会发生什么：电荷可以遵循直接途径，也可以通过微生物的穿梭分子间接转移
研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。主要作者是Mokshin Suri。
“简而言之，我们发现有不同的沟通途径，”资深作者、康奈尔大学史密斯化学与生物分子工程学院David Croll工程教授Tobias Hanrath说。“这本身就受到了怀疑和讨论，但还没有像我们那样进行精确的量化和成像。这是实现数字信息处理与微生物生物化学相结合的长期愿景的第一步。”
>在这项新研究中，研究人员决定使用一种不同但互补的方法，特别是了解如何将电子从量子点中敲出并进入微生物。他们求助于康奈尔大学工程学院生物医学工程副教授Warren Zipfel，他专门从事将光学显微镜用于生物医学研究，如分析组织
Hanrath说：“Mokshin对此做出的贡献是，人们认识到你可以使用同样的工具来探测量子点和微生物之间的相互作用，这是以前从未做过的。”。“因此，仅仅在测量本身就有一种新奇的东西，超出了它的见解。”量子点的特点是强烈的光物质相互作用，它们的光学和电子特性可以通过改变它们的尺寸来定制——这些能力得到了2023年诺贝尔化学奖的认可。他们已经以QD LED显示器的形式进入商业技术，通过这种方式注入电子并弹出光子。他们也以另一种方式工作
Hanrath说：“在我们的研究中，我们基本上是反向利用了LED的功能。”。“我们不是从注入的电子中发射光子，而是注入光子并观察电子是如何从被照亮的量子点注入附近的微生物的。”与依赖Phys.org获取日常见解的100000多名订阅者一起探索最新的科学、技术和太空。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展
Hanrath说，虽然量子点与光有很强的相互作用，但它们仅限于相对基本的化学转化，而微生物细胞则相反。这就是为什么量子点-微生物杂交体具有如此强大的潜在协同作用。研究人员使用荧光寿命成像显微镜对硒化镉量子点和Shewanella oneidensis细菌进行双光子激发，发现微生物周围有一个明显的光晕，这表明电荷转移得到了一些外围的帮助。事实证明，电子可以直接从量子点移动到微生物，也可以通过称为氧化还原介质的穿梭分子从微生物转移
Hanrath说：“它们有不同的速率，不同类型的特征时间常数。”。“你可以用我们做的荧光寿命测量来衡量这一点。”这种光合生物杂交体有可能将二氧化碳转化为增值化学产品，如生物塑料和生物燃料，并控制其他微生物过程
Hanrath说：“如果你将数字信息处理与微生物的功能相结合，那么想到所有可能的事情都是令人兴奋的。”。“如果你有某种与微生物交流的方式，你可以引导它做一些它本来不会做的事情，或者通过其他方式很难做的事情。”除了陈、齐菲尔和巴斯托，合著者还包括Farshid Salimijazi博士。；博士生杰克·克劳利；以及博士后研究员Youngchan Park和Bing Fu More information: Mokshin Suri et al, Spatially resolved charge-transfer kinetics at the quantum dot–microbe interface using fluorescence lifetime imaging microscopy, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2407987122
Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences
Provided by Cornell University
2025-04-20
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