Síntesis microbiológica de nanopartículas semiconductoras de Cd y Te
View/ Open
Date
2011Author
Monrás Charles, Juan Pablo
xmlui.dri2xhtml.METS-1.0.item-advisor
Pérez Donoso, José ManuelVásquez Guzmán, Claudio Christian
Language
esPublisher
Universidad Andrés BelloMetadata
Show full item recordAbstract
Las nanopartículas (NPs) semiconductoras o "quantum dots" (QDs) son estructuras
bimetálicas de elementos como Cd, S, Se y Te que presentan un gran valor tecnológico
dadas sus particulares propiedades fisicoquímicas y optoelectrónicas. Actualmente, la
síntesis de NPs involucra métodos químicos, altas temperaturas, anaerobiosis, generan
residuos tóxicos y poseen una relación capital/energía y uso de materiales desfavorable.
Así, el desarrollo de nuevos métodos de síntesis más simples y amigables con el medio
ambiente es un tema de creciente interés.
En esta Tesis se desarrolló un protocolo de síntesis in vitro de QDs de CdTe en fase
acuosa, simple y en condiciones similares a las de sistemas vivos. Este método usa
glutatión (GSH) como agente estabilizante y reductor, temperaturas de 37-90 oc y
precursores estables como CdCh y K2 Te03. La reacción se realiza en diferentes tampones y
medios de cultivo bacteriano. La velocidad de formación de las NPs es proporcional a la
temperatura de reacción, aun cuando a temperaturas más bajas se evita la formación de una
capa de CdS que disminuye la biocompatibilidad de las NPs. Esta reacción genera NPs de
CdTe que al ser excitadas con UV son altamente fluorescentes. Las NPs generadas miden
de 1-1 o nm y poseen un rendimiento cuántico de hasta 30%, igual .e incluso mayor al de
NPs sintetizadas con otros métodos químicos.
Luego se desarrolló un protocolo de biosíntesis de QDs en Escherichia coli. Dado
que el GSH es fundamental en la síntesis de QDs, se utilizó cepas de E. coli que
sobreexpresan genes involucrados en su biosíntesis (gshA y gshB). La cepa que expresa el
gen gshA produjo estructuras fluorescentes intracelulares al ser expuesta a dosis subletales
de CdCh y K2Te03. El análisis estructural y espectroscópico de las partículas
biosintetizadas indicó que corresponden a QDs de CdS y CdTe con un tamaño promedio
de 6 nm.
En resumen, se ha descrito por primera vez la síntesis intracelular de QDs de CdTe
utilizando bacterias. Estos resultados serán de gran ayuda para la generación de QDs de
CdTe, así como para la biosíntesis de otros QDs como CdSe, ZnS, ZnTe y PbS. Semiconductor nanoparticles (NPs) or quantum dots (QDs) are bimetallic structures
of elements such as S, Se and Te that owing to their particular physicochemical and
optoelectronic properties exhibit a great technological potential. Currently, NP synthesis
involves chemicals procedures at high temperatures, anaerobiosis, generate toxic residues
and display an unfavorable capital/energy ratio and materials use. Thus, the development of
new, simpler and environmentally friendly synthesis procedures is a subject of growing
interest.
In this Thesis, a simple, aqueous and biomimetic in vitro QDs synthesis procedure
was developed. The method uses glutathione (GSH) as reducing and . stabilizing agent,
temperatures of 37-90 ºC and stable precursors as CdCli and K2TeÜ3. The reaction takes
place in different. buffers and bacteria! culture media. Velocity of NPs formation is
proportional to reaction temperature, even though at lower temperatures the formation of a
CdS layer that decreases NP biocompatibility is avoided. Generated CdTe NPs are highly
fluorescent when excited with UV light, exhibit sizes of 1-1 O nm and quantum yields
approaching 30%, equal or even greater than those exhibited by NPs synthesized by other
chemical methods.
Then, a QDs biosynthesis protocol using Escherichia coli was developed. Given
that GSH is essential for synthesizing QDs, E. coli strains overexpressing genes involved in
GSH biosynthesis (gshA and gshB) were used. The strain expressing gshA generated
fluorescent intracellular structures when exposed to sub lethal CdCli and K2 TeO3
concentrations. Structural and spectroscopic analyses of biosynthesized NPs showed that
they represent CdS and CdTe QDs with an average size of 6 nm.
Summarizing, here we describe for the first time the intracellular CdTe QDs
synthesis in bacteria. These results will be of great help for generating CdTe, but also for
CdSe, ZnS, ZnTe and PbS QDs.