Er zijn voortdurende inspanningen om betere en langer meegaande alternatieven te ontwikkelen voor niet-hernieuwbare bronnen. Onlangs ontwikkelden onderzoekers van UNSW in een nieuwe studie groene elektronica met bacterienanodraden. Ze hebben gemodificeerde eiwitfilamenten gemaakt door bacteriën om ze in staat te stellen elektriciteit te transporteren. Ze onthulden dat deze gemodificeerde eiwitnanodraden elektriciteit over korte afstanden kunnen geleiden door gebruik te maken van vocht in de lucht.
Dr. Lorenzo Travaglini, de hoofdauteur van het artikel, zei: "Onze bevindingen openen mogelijkheden voor de ontwikkeling van duurzame en milieuvriendelijke elektrische componenten en apparaten, gebaseerd op eiwitten." Hij voegde eraan toe: "Deze ontworpen nanodraden zouden op een dag kunnen leiden tot innovaties in energiewinning, biomedische toepassingen en omgevingssensoren."
Deze ontwikkelingen op het interdisciplinaire gebied die combineert zowel proteïne-engineering als nano-elektronica bepaalde beloften opleveren. Ze kunnen helpen bij het innoveren van geavanceerde technologieën die biologische systemen verbinden met elektronische apparaten.
Dr. Travaglini, die onder toezicht staat van Dokter Dominic Glover in het SYNbioLAB van de School of Biotechnology and Biomolecular Sciences, overgebracht, “Uiteindelijk is ons doel om de materialen die door bacteriën worden geproduceerd, te modificeren om elektronische componenten te creëren. Dit zou kunnen leiden tot een heel nieuw tijdperk van groene elektronica, wat zou kunnen helpen een duurzamere toekomst vorm te geven.”
Aanvankelijk wilden zowel Dr. Travaglini als Dr. Glover een natuurlijk materiaal veranderen in een geleidende draad. Maar ze stuitten op iets onverwachts.
Dr. Travaglini zei hierover: “We merkten dat onder wat we ‘omgevingsomstandigheden’ noemen, tussen 20% en 30% luchtvochtigheid, de elektrische stroom sterker was.”
Natuurlijke inspiratie
De natuurlijk voorkomende bacteriën zorgen er ook voor gebruik van hun geleidende filament of nanodraden om elektronen te verplaatsen door hun membranen. Deze speciale filamenten kunnen verbinding maken met levende cellen. Ze kunnen heel nuttig zijn in biosensoren om signalen in het lichaam te volgen met behulp van een mens-machineverbinding.
Wanneer ze echter rechtstreeks uit bacteriën worden gehaald, wordt het moeilijk om deze natuurlijke nanodraden te modificeren en wordt hun functionaliteit beperkt. Het team van onderzoekers realiseerde zich dat het eiwit dat door de bacteriën werd gemaakt, op zichzelf geen goede elektriciteit zou geleiden. Ze moet één specifiek ingrediënt bevatten, namelijk een heemmolecuulHet bleek het ontbrekende puzzelstukje te zijn.
Hier komt de bacteriën die de planeet kunnen redden van het steeds groter wordende plasticprobleem.
Energie opwekken met behulp van vochtigheid
Heme is als een kleine cirkel met in het midden een ijzeratoom. Deze cirkelvormige structuur, ook wel de porfyrinering genoemd, helpt bij het transporteren van zuurstof in rode bloedcellen van de longen naar andere lichaamsdelen.
- Het team analyseerde hoe goed deze filamenten elektriciteit geleiden. Om dit te testen, Leg het materiaal op een elektrode en breng een elektrisch potentiaal aan.
- Toen besloten ze om nog wat tests uit te voeren. Ze hebben nu gebruikte dikkere hoeveelheden van het materiaal geplaatst tussen 2 gouden elektroden.
- Toen ze erachter kwamen dat het filament reageerde op vochtigheid, ontwikkelden ze een eenvoudige vochtigheidssensor.
- Door simpelweg in het apparaat te ademen, kunnen ze Meet hoe de stroming verandert met de vochtigheid in de lucht.
“We ontdekten dat elke piek in de geleidbaarheid van de vezel overeenkwam met een uitademing,” Dr. Travaglini voegde toe.
Ontdek hoe Gemanipuleerde bacteriën spelen een sleutelrol bij het terugwinnen van mineralen uit gebruikte EV-batterijen.
Talrijke toekomstige mogelijkheden
UNSW-onderzoekers ontwikkelen groene elektronica met nanodraden van bacteriën en dit zou de weg kunnen vrijmaken voor de productie van elektrische apparaten van milieuvriendelijke en veilige materialen, waarvoor extreem weinig energie nodig is.
Door de chemische structuur van het heem of de omgeving van het filament te veranderen, De eigenschappen van deze eiwitgroepen kunnen worden aangepast. De wetenschappers van het team testen momenteel verschillende porfyrinemoleculen om de eigenschappen van het materiaal te veranderen, bijvoorbeeld om het lichtgevoelig te maken. “Dit niveau van controle is moeilijk te bereiken met natuurlijke bacteriële nanodraden, wat de veelzijdigheid en het potentieel van onze synthetische aanpak benadrukt,” aldus Dr. Travaglini.
Dr. Travaglini benadrukt dat Zijn team bevindt zich nog in de beginfase van hun onderzoek. Hij denkt dat het nog wel even duurt voordat we getuige kunnen zijn van de implementatie van deze gemanipuleerde filamenten in onze dagelijkse elektronica.
Bron : Bacteriële 'nanodraden' kunnen wetenschappers helpen bij de ontwikkeling van groene elektronica
