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 op basis van eiwitten." Hij voegde eraan toe: "Deze gemanipuleerde nanodraden zouden op een dag kunnen leiden tot innovaties op het gebied van energieopwekking, biomedische toepassingen en milieumonitoring."
Deze ontwikkelingen in het interdisciplinaire vakgebied dat eiwitengineering en nano-elektronica combineert, bieden veelbelovende perspectieven. Ze kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van geavanceerde technologieën die biologische systemen koppelen aan elektronische apparaten.
Dr. Travaglini, die onder begeleiding van Dr. Dominic Glover in het SYNbioLAB van de School of Biotechnology and Biomolecular Sciences werkt, lichtte deze ontwikkelingen toe: "Uiteindelijk is ons doel om de door bacteriën geproduceerde materialen te modificeren om elektronische componenten te creëren. Dit zou kunnen leiden tot een geheel nieuw tijdperk van groene elektronica en bijdragen aan een duurzamere toekomst."
Aanvankelijk wilden zowel Dr. Travaglini als Dr. Glover een natuurlijk materiaal veranderen in een geleidende draad. Maar ze stuitten op iets onverwachts.
Hierover zei dr. Travaglini: "We begonnen te merken dat onder wat als 'omgevingsomstandigheden' wordt beschouwd, bij een luchtvochtigheid tussen 20% en 30%, de elektrische stroom sterker was."
Natuurlijke inspiratie
De van nature voorkomende bacteriën gebruiken ook hun geleidende filamenten of nanodraden om elektronen door hun membranen te transporteren. Deze speciale filamenten kunnen verbinding maken met levende cellen. Ze kunnen zeer nuttig zijn in biosensoren om signalen in het lichaam te volgen via een mens-machineverbinding.
Wanneer deze natuurlijke nanodraden echter rechtstreeks uit bacteriën worden gewonnen, is het lastig ze te modificeren, wat hun functionaliteit beperkt. Het onderzoeksteam ontdekte dat het door de bacteriën geproduceerde eiwit op zichzelf geen goede elektrische geleiding vertoonde. Ze moesten een specifiek ingrediënt toevoegen: een heemmolecuul . Dit bleek het ontbrekende puzzelstukje te zijn.
Hier komt de bacterie die de planeet kan redden van het steeds groter wordende plasticprobleem.
Energie opwekken met behulp van vochtigheid
Heme is als een klein cirkeltje met een ijzeratoom in het midden. Deze cirkelvormige structuur, ook wel porfyrinering genoemd, helpt bij het transport van zuurstof in rode bloedcellen van de longen naar andere delen van het lichaam.
- 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," voegde dr. Travaglini eraan toe.
Talrijke toekomstige mogelijkheden
Onderzoekers van UNSW ontwikkelen groene elektronica met behulp van bacteriële nanodraden. Dit zou de weg kunnen vrijmaken voor de productie van elektrische apparaten van milieuvriendelijke en veilige materialen , die bovendien extreem weinig energie verbruiken.
Door de chemische structuur van het heem of de omgeving van het filament te veranderen, kunnen de eigenschappen van deze eiwitgroepen worden aangepast. Het team van wetenschappers experimenteert momenteel met verschillende porfyrinemoleculen om de eigenschappen van het materiaal te veranderen, zoals lichtgevoeligheid. "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 zich nog in de beginfase van het onderzoek bevindt. Hij geeft aan dat het nog wel even zal duren voordat ze deze gemanipuleerde filamenten in onze dagelijkse elektronica zullen zien terugkomen.
Bron : Bacteriën-'nanodraden' kunnen wetenschappers helpen bij de ontwikkeling van groene elektronica.
