Podejmowane są ciągłe wysiłki w celu opracowania lepszych i trwalszych alternatyw dla zasobów nieodnawialnych. Niedawno, w nowym badaniu, naukowcy z UNSW opracowali zieloną elektronikę z nanodrutami bakteryjnymi. Zmodyfikowali włókna białkowe wytwarzane przez bakterie, aby umożliwić im przenoszenie prądu. Odkryli, że te zmodyfikowane nanodruty białkowe mogą przewodzić prąd na krótkie odległości, wykorzystując wilgoć z powietrza.
Dr Lorenzo Travaglini , główny autor artykułu, powiedział: „Nasze odkrycia otwierają możliwości rozwoju zrównoważonych i przyjaznych dla środowiska komponentów i urządzeń elektrycznych opartych na białkach”. Dodał również: „Te inżynieryjne nanodruty mogą w przyszłości doprowadzić do innowacji w pozyskiwaniu energii, zastosowaniach biomedycznych i czujnikach środowiskowych”.
Te osiągnięcia w interdyscyplinarnej dziedzinie, łączącej inżynierię białek i nanoelektronikę, rodzą pewne nadzieje. Mogą one przyczynić się do rozwoju innowacyjnych, zaawansowanych technologii łączących systemy biologiczne z urządzeniami elektronicznymi.
Mówiąc o tych osiągnięciach, dr Travaglini, którego nadzorem kieruje dr Dominic Glover w SYNbioLAB na Wydziale Biotechnologii i Nauk Biomolekularnych, powiedział: „Docelowo naszym celem jest modyfikacja materiałów wytwarzanych przez bakterie w celu tworzenia komponentów elektronicznych. Może to doprowadzić do zupełnie nowej ery zielonej elektroniki, pomagając kształtować bardziej zrównoważoną przyszłość”.
Początkowo zarówno dr Travaglini, jak i dr Glover chcieli zmienić naturalny materiał w przewodzący drut. Ale natknęli się na coś nieoczekiwanego.
W związku z tym dr Travaglini powiedział: „Zaczęliśmy zauważać, że w warunkach uważanych za „warunki otoczenia”, czyli przy wilgotności powietrza wynoszącej 20–30%, prąd elektryczny był silniejszy”.
Naturalna inspiracja
Naturalnie występujące bakterie wykorzystują również swoje przewodzące włókna lub nanodruty do przenoszenia elektronów przez błony komórkowe. Te specjalne włókna mogą łączyć się z żywymi komórkami. Mogą okazać się bardzo przydatne w biosensorach do śledzenia sygnałów wewnątrz organizmu za pomocą połączenia człowiek-maszyna.
Jednak po bezpośredniej ekstrakcji z bakterii, modyfikacja tych naturalnych nanodrutów staje się trudna i ogranicza ich funkcjonalność. Zespół badaczy zdał sobie sprawę, że białko wytwarzane przez bakterie nie przewodziłoby dobrze prądu samodzielnie. Konieczne było dodanie jednego konkretnego składnika, jakim jest cząsteczka hemu . Okazało się to brakującym elementem tej układanki.
Oto bakterie, które mogą uratować planetę przed stale rosnącym problemem plastiku.
Wykorzystanie wilgoci do generowania energii
Hem przypomina maleńkie kółko z atomem żelaza w środku. Ta kolista struktura, zwana również pierścieniem porfirynowym, pomaga transportować tlen w czerwonych krwinkach z płuc do innych części ciała.
- Zespół przeanalizował, jak dobrze te włókna przewodzą prąd. Aby to sprawdzić, umieścić materiał na elektrodzie i przyłożyć potencjał elektryczny.
- Następnie postanowili przeprowadzić jeszcze kilka testów. Teraz zastosowano grubszą warstwę materiału umieszczonego pomiędzy 2 złotymi elektrodami.
- Po odkryciu, że włókno reaguje na wilgoć, opracowali prosty czujnik wilgotności.
- Wystarczy, że wdmuchną powietrze do urządzenia, aby zmierzyć jak prąd zmienia się pod wpływem wilgoci w powietrzu.
„Odkryliśmy, że każdy szczyt przewodności włókna odpowiadał wydechowi” – dodał dr Travaglini.
Dowiedz się, jaką kluczową rolę w odzyskiwaniu minerałów ze zużytych akumulatorów pojazdów elektrycznych odgrywają zmodyfikowane bakterie.
Liczne możliwości na przyszłość
Naukowcy z UNSW opracowują zieloną elektronikę z nanodrutami bakteryjnymi, co może utorować drogę do produkcji urządzeń elektrycznych z materiałów przyjaznych dla środowiska i bezpiecznych , które będą zużywać wyjątkowo mało energii.
Zmieniając strukturę chemiczną hemu lub otoczenia filamentu, można regulować właściwości tych grup białkowych. Naukowcy z zespołu testują obecnie różne cząsteczki porfiryny, aby zmienić cechy materiału, na przykład wrażliwość na światło. „Ten poziom kontroli jest trudny do osiągnięcia w przypadku naturalnych nanodrutów bakteryjnych, co podkreśla wszechstronność i potencjał naszego podejścia syntetycznego” – skomentował dr Travaglini.
Dr Travaglini podkreśla, że jego zespół jest wciąż na wczesnym etapie badań. Sugeruje, że minie jeszcze trochę czasu, zanim będą mogli zaobserwować zastosowanie tych inżynieryjnych włókien w codziennej elektronice.
Źródło : Bakteryjne „nanodruty” mogą pomóc naukowcom w opracowaniu zielonej elektroniki
