Исследователи представят свои результаты на 59-м годовом собрании Биофизического Общества, удерживаемого 7-11 февраля в Балтиморе, Мэриленд.«Биология обеспечивает несколько инструментов для нас, чтобы решить важные проблемы», сказала Евгения Баранникова, аспирант в UMBC. Баранникова работает в лаборатории Марка Аллена и исследований, как биологические молекулы в целом могут улучшить свойства неорганических материалов в батареях. «Подражая биологическим процессам мы можем найти лучшее решение», сказала она.
Одной из проблем, в настоящее время стоящих перед исследователями батареи, является трудность работы с наноразмерными материалами, которыми из-за их дополнительного крошечного размера может быть трудно управлять и держаться в месте. Разочарования работы с наноразмерными материалами стоит преодолеть, как бы то ни было. У наноструктурированных электродов в литий-ионных аккумуляторах есть несколько преимуществ перед электродами навалочного груза, включая более короткие расстояния для несущих обвинение частиц, чтобы поехать и высокая площадь поверхности, которая обеспечивает более активные места для электрохимических реакций произойти – весь из которого переводит к батареям, которые легче и дольше длительны.
Чтобы взять проблему производства на наноразмерной Баранниковой и ее коллегах повернулись для помощи биологическим молекулам, названным пептидами. Самостоятельно составленный от рядов молекул, известных как аминокислоты, пептиды естественны и связывают со многими различными типами органических и неорганических материалов, в зависимости от их последовательности аминокислот. Они играют много ролей в человеческом теле от передачи сигналов в мозгу к регулированию сахара в крови, и некоторые наркотики, как инсулин, составлены из пептидов.
Одно из вдохновения для ее исследования, Баранникова сказала, было способом, которым организмы, такие как моллюски используют пептиды, чтобы управлять ростом их раковин. Они демонстрируют замечательный контроль, чтобы построить запутанный нано – и макроструктуры от неорганических материалов как карбонат кальция, сказала она.
Исследователи одолжили общий подход моллюсков, но должны были использовать некоторое колдовство скамьи лаборатории, чтобы найти соответствующий пептид. Никакая улитка, в конце концов, не делает свою раковину из литиевой марганцевой окиси никеля.Баранникова и ее коллеги использовали процедуру, названную «Показ Фага», чтобы показать больше чем один миллиард возможных пептидов в поисках того, который будет придерживаться сильно литиевой марганцевой окиси никеля. «Библиотека пептида», через которую искали исследователи, коммерчески произведена лабораторной компанией-поставщиком и содержит огромное количество беспорядочно объединенных последовательностей аминокислот, включенных в белок, сделанный вирусом, названным бактериофагом M13.Исследователи изолировали пептид, который связывает с литиевой марганцевой окисью никеля, объединяя библиотеку с образцом металлической окиси и затем неоднократно смывая пептиды, которые не придерживались его.
Исследователи тогда объединили недавно обнаруженный пептид с ранее изолированным пептидом, который связывает с углеродными нанотрубками. Углеродные нанотрубки могут служить проводящими нанопроводами в Литий-ионных электродах.Получающийся пептид мог тогда сформировать мост, связав и с литиевыми марганцевыми наночастицами окиси никеля и с углеродными нанотрубками и держа их друг близко к другу так, чтобы они могли поддержать связь через многократные зарядные циклы. Помогая поддержать высоко организованную архитектуру в наноразмерном, исследователи ожидают, что их пептиды улучшат власть и ездящую на велосипеде стабильность будущих литий-ионных аккумуляторов, позволяя им быть меньшими и поддержать более длинные сроки службы.
Команда в настоящее время проверяет, как хорошо новые катоды выступают. Продвижение, Баранникова планирует сделать анод с подобными методами и объединить эти два компонента. «Я надеюсь продемонстрировать всю biotemplated батарею в своей кандидатской диссертации», сказала она.