Некоторые вирусы вызывают болезнь, пандемии и смерть. Но ученые нашли новый способ найти по крайней мере одному типу хорошее применение вируса.
Бригада исследователей запрягла заражающие бактерии вирусы для производства энергии путем преобразования механической энергии в электричество. Вирусный силовой модуль еще не достаточно силен для управления сотовым телефоном или iPod. Но потому что микроорганизмы безопасны для людей, они могут однажды оказаться полезными для включения медицинских датчиков в наших органах.Устройства, преобразовывающие механическую энергию в электричество, или наоборот, являются ничем новым.
Они используют в своих интересах «пьезоэлектрический результат», который был сначала обнаружен в 1880 и является свойством определенных кристаллов, протеинов, и даже ДНК. Пьезоэлектрические материалы состоят из молекул, имеющих более положительные электрические нагрузки на одном конце молекулы, чем на другом. Эти молекулы захватывают вместе в повторяющемся множестве с их положительными хвостами все столкновение с одним путем и их отрицательными хвостами, стоящими перед противоположным путем.
Сжатие материала увеличивает эту поляризацию и генерирует электрическое напряжение, которое может использоваться, чтобы сделать работу. Также путем добавления электричества, Вы можете изменить форму пьезоэлектрического материала.
Сегодня, piezoelectrics используются во всем от электрических зажигалок до растровых туннельных микроскопов.Большинство пьезоэлектрических образующих в использовании сегодня сделано с кристаллами керамического ведущего циркониевокислого титаната (PZT).
PZT токсичен, так же в последние годы, исследователи развивали нетоксичные альтернативы, такие как оксид цинка. Но некоторые из этих альтернатив являются дорогими и сложными для производства. Так Сеунг-Вук Ли, биоинженер в Калифорнийском университете, Беркли и его коллеги там и в соседнем Лоуренсе Беркли Национальная Лаборатория решила видеть, могли ли бы вирусы выручить их.Идея не является столь дурацкой, как это кажется.
В то время как аспирант в университете Техаса, Остина, Ли заразился заражающими бактерии вирусами, названными фагами, связывающими с определенными типами неорганических наночастиц полупроводника. Он также знал, что ДНК и определенные протеины — стандартные блоки фагов — являются пьезоэлектрическими.
Таким образом, он и его коллеги пошли, ища пьезоэлектрические фаги. Они нашли тот по имени бактериофаг M13, чье узкое, внешнее пальто ламповой формы состоит приблизительно из 2 700 копий протеина формы прута с положительными зарядами на одном конце и отрицательными зарядами на другом. Протеины в фаге собираются с их положительными хвостами, наклоняющимися в полое ядро, позволяющее им держаться на отрицательно заряженную ДНК, которую фаги вводят в бактерии во время инфекции.Чтобы проверить, могли ли бы фаги произвести энергию, Ли и его коллеги сначала генетически спроектировали протеины вируса для предоставления крова дополнительным копиям отрицательно заряженной аминокислоты, названной глутаматом.
Они добавили глутаматы к отрицательно заряженному концу протеина для увеличения его отрицательного заряда и таким образом его пьезоэлектрических свойств. Для создания образующей исследователи установили мембрану миллионов этих фагов на одном электроде.
Фаги естественно собирают себя лежание плашмя, рядом, все указывающие в том же направлении.Бригада Беркли выложила слоями несколько из этих вирусных мембран на друг друге для улучшения пьезоэлектрического результата и затем увенчала стек со вторым электродом. Как исследователи сообщают онлайн на этой неделе по своей природе, Нанотехнологии, нажимая палец к верхнему электроду сжали фаги в мембране достаточно для генерации электрического тока, который мог осветить число один на маленьком жидкокристаллическом дисплее.
Новая образующая производит намного меньше энергии, чем стандартные пьезоэлектрические устройства. Тем не менее, Чжун Линь Ван, материаловед из Технологического института штата Джорджия в Атланте говорит, «Это показывает возможность расширения нанообразующей в биоструктуры, которые могут быть важны для медицинских и биологических заявлений», такие как вживляемые датчики для диагностирования уровней сахара в крови для диабетиков.
Чтобы сделать это возможным, Ли и его коллеги теперь работают для направления развития вирусов для создания их лучшими производителями электроэнергии.