Uusiutumattomille luonnonvaroille pyritään jatkuvasti kehittämään parempia ja kestävämpiä vaihtoehtoja. Äskettäin uudessa tutkimuksessa UNSW:n tutkijat kehittävät vihreää elektroniikkaa bakteerien nanolangoilla. Niissä on muunneltuja bakteerien valmistamia proteiinifilamentteja, jotta ne voivat kuljettaa sähköä. He paljastivat, että nämä modifioidut proteiininanolangat voivat johtaa sähköä lyhyitä matkoja käyttämällä ilman kosteutta.
Artikkelin pääkirjoittaja, tohtori Lorenzo Travaglini , sanoi: ”Löydöksemme avaavat mahdollisuuksia kehittää kestäviä ja ympäristöystävällisiä sähkökomponentteja ja -laitteita proteiineihin perustuen.” Hän lisäsi: ”Nämä suunnitellut nanolangat voisivat jonain päivänä johtaa innovaatioihin energiankeruussa, biolääketieteellisissä sovelluksissa ja ympäristön mittaamisessa.”
Nämä tieteidenväliset kehitysaskeleet, jotka yhdistävät sekä proteiinitekniikan että nanoelektroniikan, tarjoavat tiettyjä lupauksia. Ne voivat auttaa kehittämään edistyneitä teknologioita, jotka yhdistävät biologisia järjestelmiä elektronisiin laitteisiin.
Puhuessaan näistä kehitysaskeleista tohtori Travaglini, jota ohjaa tohtori Dominic Glover SYNbioLABissa biotekniikan ja biomolekyylitieteiden laitoksella, totesi: "Viime kädessä tavoitteemme on muokata bakteerien tuottamia materiaaleja elektronisten komponenttien luomiseksi. Tämä voisi johtaa kokonaan uuteen vihreän elektroniikan aikakauteen ja auttaa muokkaamaan kestävämpää tulevaisuutta."
Aluksi sekä tohtori Travaglini että tohtori Glover halusivat muuttaa luonnonmateriaalin johtavaksi langaksi. Mutta he törmäsivät johonkin odottamattomaan.
Tästä tohtori Travaglini sanoi: ”Aloimme huomata, että niin sanotuissa ’ympäristöolosuhteissa’, 20–30 prosentin kosteudessa, sähkövirta oli voimakkaampi.”
Luonnollinen inspiraatio
Luonnossa esiintyvät bakteerit käyttävät myös johtavaa filamenttiaan tai nanolankojaan elektronien siirtämiseen kalvojensa läpi. Nämä erityiset filamentit voivat olla yhteydessä eläviin soluihin. Ne voivat olla varsin hyödyllisiä biosensoreissa, joissa seurataan signaaleja kehon sisällä ihmisen ja koneen välisen yhteyden avulla.
Kun ne uutetaan suoraan bakteereista, näiden luonnollisten nanolankojen muokkaaminen vaikeutuu ja niiden toiminnallisuus rajoittuu. Tutkijaryhmä huomasi, että bakteerien valmistama proteiini ei yksinään johda sähköä hyvin. Heidän on lisättävä yksi tietty ainesosa, hemimolekyyli . Se osoittautui palapelin puuttuvaksi palaksi.
Tässä tulevat bakteerit, jotka voivat pelastaa planeetan jatkuvasti kasvavalta muoviongelmalta.
Kosteuden käyttö energian tuottamiseen
Hemi on kuin pieni ympyrä, jonka keskellä on rauta-atomi. Tämä pyöreä rakenne, jota kutsutaan myös porfyriinirenkaaksi, auttaa kuljettamaan happea punasoluissa keuhkoista muihin kehon osiin.
- Ryhmä analysoi, kuinka hyvin nämä filamentit johtivat sähköä. Testaakseen sitä, he laita materiaali elektrodille ja asetti sähköpotentiaalin.
- Sitten he päättivät tehdä lisää testejä. He nyt käytti paksumpia määriä materiaalia sijoitettuna 2 kultaelektrodin väliin.
- Ymmärtettyään, että hehkulanka reagoi kosteuteen, he kehittivät peruskosteusanturin.
- Hengittämällä laitteeseen se päästää ne mittaa kuinka virta muuttuu ilman kosteuden vaikutuksesta.
”Havaitsimme, että jokainen kuidun johtavuuden piikki vastasi uloshengitystä”, tohtori Travaglini lisäsi.
Ota selvää, miten keinotekoisesti muokatuilla bakteereilla on keskeinen rooli mineraalien talteenotossa käytetyistä sähköautojen akuista.
Lukuisia tulevaisuuden mahdollisuuksia
UNSW:n tutkijat kehittävät vihreää elektroniikkaa bakteerien nanolankojen avulla, ja tämä saattaa tasoittaa tietä sähkölaitteiden tuotannolle ympäristöystävällisistä ja turvallisista materiaaleista , mikä vaatii erittäin vähän virtaa.
Muuttamalla hemin kemiallista rakennetta tai filamentin ympäristöä voidaan näiden proteiiniryhmien ominaisuuksia säätää. Tutkijaryhmä kokeilee parhaillaan erilaisia porfyriinimolekyylejä muuttaakseen materiaalin ominaisuuksia, kuten valoherkkyyttä. "Tämän tason hallintaa on vaikea saavuttaa luonnollisilla bakteerien nanolangoilla, mikä korostaa synteettisen lähestymistapamme monipuolisuutta ja potentiaalia", kommentoi tohtori Travaglini.
Tohtori Travaglini korostaa, että hänen tiiminsä on vielä tutkimuksensa alkuvaiheessa. Hän arvelee, että on vielä jonkin aikaa ennen kuin he pääsevät todistamaan näiden teknisten filamenttien käyttöönottoa jokapäiväisessä elektroniikassamme.
Lähde : Bakteerien "nanolangat" voisivat auttaa tutkijoita kehittämään vihreää elektroniikkaa
