Постоянно ведутся работы по разработке лучших и более долговечных альтернатив невозобновляемым ресурсам. Недавно в новом исследовании исследователи UNSW разрабатывают зеленую электронику с бактериальными нанопроводами. Они модифицировали белковые нити, созданные бактериями, чтобы позволить им переносить электричество. Они раскрыли, что эти модифицированные белковые нанопровода могут проводить электричество на короткие расстояния, используя влагу в воздухе.
Доктор Лоренцо Траваглини , ведущий автор статьи, сказал: «Наши результаты открывают возможности для разработки устойчивых и экологически чистых электрических компонентов и устройств на основе белков». Он также добавил: «Эти сконструированные нанопроволоки однажды могут привести к инновациям в области сбора энергии, биомедицинских приложений и экологического мониторинга».
Эти разработки в междисциплинарной области, объединяющей белковую инженерию и наноэлектронику, открывают определенные перспективы. Они могут способствовать созданию передовых технологий, связывающих биологические системы с электронными устройствами.
Говоря об этих разработках, доктор Траваглини, научный руководитель которого — доктор Доминик Гловер из лаборатории SYNbioLAB Школы биотехнологии и биомолекулярных наук, отметил: «В конечном итоге наша цель — модифицировать материалы, производимые бактериями, для создания электронных компонентов. Это может привести к совершенно новой эре экологически чистой электроники, способствуя формированию более устойчивого будущего».
Изначально и доктор Траваглини, и доктор Гловер хотели превратить природный материал в проводящий провод. Но они наткнулись на нечто неожиданное.
По этому поводу доктор Траваглини сказал: «Мы начали замечать, что в так называемых «условиях окружающей среды», при влажности от 20% до 30%, электрический ток был сильнее».
Естественное вдохновение
Бактерии, встречающиеся в природе, также используют свои проводящие нити или нанопровода для перемещения электронов через свои мембраны. Эти особые нити могут соединяться с живыми клетками. Они могут оказаться весьма полезными в биосенсорах для отслеживания сигналов внутри организма с помощью взаимодействия человека и машины.
Однако, когда эти природные нанопроволоки извлекаются непосредственно из бактерий, их трудно модифицировать, что ограничивает их функциональность. Группа исследователей поняла, что белок, вырабатываемый бактериями, сам по себе плохо проводит электричество. Им необходимо было добавить один специфический компонент — молекулу гема . Оказалось, что именно она является недостающим элементом этой головоломки.
Вот и бактерии, способные спасти планету от постоянно растущей проблемы пластикового загрязнения.
Использование влажности для выработки энергии
Гем представляет собой крошечный кружок с атомом железа в центре. Эта круглая структура, также называемая порфириновым кольцом, помогает переносить кислород из легких в другие части тела в красных кровяных клетках.
- Команда проанализировала, насколько хорошо эти нити проводят электричество. Чтобы проверить это, они поместите материал на электрод и приложите электрический потенциал.
- Затем они решили провести еще несколько тестов. Теперь они использовали более толстые слои материала, помещенные между двумя золотыми электродами.
- Поняв, что нить реагирует на влажность, они разработали простой датчик влажности.
- Просто подышав в устройство, они могут измерьте, как ток изменяется в зависимости от влажности воздуха.
«Мы обнаружили, что каждый пик проводимости волокна соответствовал выдоху», — добавил доктор Траваглини.
Узнайте, какую ключевую роль играют генно-модифицированные бактерии в извлечении минералов из использованных аккумуляторов электромобилей.
Многочисленные возможности будущего
Исследователи из UNSW разрабатывают экологически чистую электронику с использованием бактериальных нанопроводов, и это может проложить путь к производству электрических устройств из экологически чистых и безопасных материалов , которые будут потреблять чрезвычайно мало энергии.
Изменяя химическую структуру гема или окружение филамента, можно регулировать свойства этих белковых групп. В настоящее время ученые экспериментируют с различными молекулами порфирина, чтобы изменить свойства материала, например, сделать его светочувствительным. «Такого уровня контроля трудно достичь с помощью природных бактериальных нанопроводов, что подчеркивает универсальность и потенциал нашего синтетического подхода», — прокомментировал доктор Траваглини.
Доктор Траваглини подчеркивает, что его команда находится на ранних этапах исследований. Он предполагает, что до внедрения этих искусственно созданных нитей в нашу повседневную электронику еще пройдет некоторое время.
Источник : Бактериальные «нанопроволоки» могут помочь ученым в разработке экологически чистой электроники.
