作者:达林·斯
南加州大学乔伊 通过细菌细胞和细胞外表面之间的蛋白质“线”穿梭的电子往往具有特定的量子自旋
信用:卡蒂亚·卡迪舍夫斯卡娅 电子自旋
这是他们存在的基本部分
一些旋转“向上”，而另一些旋转“向下”
“多亏了量子物理学，科学家们已经知道这一点大约一个世纪了
他们还知道磁场会影响电子的量子自旋方向，使其上下翻转，反之亦然
而且不需要太多:甚至细菌细胞也能做到
南加州大学多恩斯维文理学院和以色列魏茨曼科学研究所的研究人员发现，将细菌细胞连接到固体表面的蛋白质“导线”倾向于以特定的自旋传输电子
他们说，这种选择电子量子自旋的能力可能会对细菌在生物技术产业中的应用、在新兴技术中创造基于细菌的能量细胞以及未来的电子技术产生影响
岩石上的生命 在南加州大学多恩西菲分校的物理学、天文学和化学教授莫·埃尔·纳加和魏茨曼研究所的罗恩·纳曼的带领下，科学家们一直在研究某些细菌，它们可以像动物呼吸氧气一样利用固体表面
细菌不是将新陈代谢过程中产生的电子转移到吸入的氧分子上，而是将电子向下发送到插入外表面的特殊蛋白质上
南加州大学多恩斯菲高级研究助理萨兰德·皮尔巴迪安说:“与大多数能够利用氧作为电子受体的生物不同，这些细菌将电子转移到固体矿物上，或者像它们在我们实验室中所做的那样，转移到细胞外的电极上
" 就新陈代谢而言，他们“呼吸”矿物质或电极
为了到达外表面，电子穿梭于形成电导管的各种蛋白质分子中
这些蛋白质有磁场，当电子穿梭通过时，磁场有利于特定的自旋
皮尔巴迪安说，科学家发现，这些磁场受到一种叫做“手性”的蛋白质特性的影响
" 几句关于手性的话 许多分子，尤其是生物分子，以两种形式出现，每一种都是另一种的镜像
科学家称之为“手性”
“这和人手差不多
左手和右手有四个手指和一个拇指，但它们并不完全相同
他们都是手，但他们是彼此的镜像，方向相反
分子可以是同样的方式，事实上，科学家称手性分子为左手或右手
蛋白质的左旋或右旋可能会影响电子在蛋白质中穿梭时所经历的磁场极性
根据研究人员的说法，这就是那些沿着蛋白质导线到达呼吸岩石的细菌外部的电子所发生的情况
“当电子穿过分子线时，大多数最终会有相同的量子自旋——上升或下降——这取决于手性，”持有罗伯特·D
拜尔(' 81)自然科学早期职业讲座
“这项研究首次证实了这些细胞中的导电蛋白质在选择电子的自旋
" 使用旋转 艾尔-纳格尔和他的同事们已经研究了这些“岩石呼吸”细菌多年，有朝一日这些细菌可能会被用于生产可持续能源
发现这些细菌中的电子传导蛋白质可以根据它们的手性选择特定的电子自旋，这可能有助于开发某些被称为“自旋电子学”的电子设备，埃尔-纳加尔说
自旋电子学不仅利用电子的电荷，还利用它们的量子自旋，在量子计算中可能特别有用
“人们正在寻找可以作为新自旋电子技术基础的材料，”埃尔-纳加尔说
“我们的工作表明，细菌细胞色素可能是自旋电子学的有趣候选者
" 理解蛋白质如何影响电子的量子自旋也有助于科学家理解磁场如何影响一些生物过程
这项研究作为封面故事出现在12月
《美国化学学会杂志》2019年第11期
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