Учёные из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии успешно разработали белковые волокна, производимые бактериями, которые способны проводить и даже генерировать электричество, используя влагу из атмосферы.
Исследование, объединившее белковую инженерию и наноэлектронику, предвещает прорыв в создании экологичной электроники, как утверждается в пресс-релизе университета.Традиционная электроника производится с применением энергоёмких методов и использует высокотоксичные материалы, необходимые для облегчения движения электронов и выполнения работы.
Биологические аналоги
В природе также имеются процессы, требующие передачи электронов. Например, в процессе фотосинтеза у растений хлорофилл передаёт электроны через различные белки. Бактериальные нити, называемые нанопроволоками, также могут перемещать электроны через клеточные мембраны.
Бактериальные нанопроволоки способны проводить электричество и потенциально могут применяться в создании сенсорных систем. Однако бактерии производят эти нанопроволоки в форме, которую сложно модифицировать, что ограничивает их функциональность.
«Мы использовали генетическую инженерию, чтобы производить волокна с помощью бактерии Escherichia coli, модифицировав ДНК так, чтобы бактерии не только вырабатывали жизненно важные белки, но и синтезировали специальный белок, который мы включили в нанопроволоки в лаборатории», — рассказывает Лоренцо Травальини, исследователь из университета. Интересно, что добавленная молекула, которая повышает проводимость нанопроводов, это гем — железосодержащая кольцевая структура, обычно встречающаяся в крови животных и используемая для транспортировки кислорода.
Генерация электричества из воздуха
Исследования показали, что когда молекулы гема упакованы плотно, они способны передавать электроны. Травальини и его команда интегрировали гем в созданные волокна, ожидая, что электроны будут перескакивать между молекулами гема, если те расположены достаточно близко. Эксперименты с проводимостью волокон показали, что железосодержащая молекула способствует проводимости белка.
В результате тщательных тестирований выяснилось, что электрический ток усиливается при влажности воздуха от 20 до 30 процентов. Повторные эксперименты с увеличением количества проводящего материала между электродами подтвердили, что влага создаёт градиент заряда в материале, генерируя ток без дополнительного напряжения.
Исследовательская группа продолжает изучать, как изменения в структуре гема или окружении нитей могут влиять на их свойства, используя светочувствительные молекулы для улучшения переноса электронов. Травальини отмечает, что исследование ещё на начальной стадии, и потребуется время для его интеграции в повседневную электронику.
«Мы не можем точно сказать, сколько времени это займёт, но мы уверены, что движемся в правильном направлении», — заключает он.
Свежие комментарии