Физики научились вырабатывать электричество с помощью вирусов

Американские ученые разработали новое устройство, вырабатывающее электрический ток посредством механической деформации огромного количества частиц вирусов, и представили информацию относительно сборки такого источника электричества в издании Nature Nanotechnology.

Группа нанотехнологов во главе с Сын-вук Ли (Seung-Wuk Lee), физиком из университета штата Калифорния в Беркли, заметила, что частицы вируса-бактериофага М13, который не несет вреда человеческому организму, обладают необычной структурой, способствующей возникновению пьезоэффекта (получение электрического тока путем сжатия либо механической деформации материалов определенного типа).

Как объясняют ученые, оболочка вируса белкового происхождения построена таким образом, что при условии механической деформации на поверхности ее появляется так называемый дипольный момент, который представляет собой асимметричное распределение положительных и отрицательных зарядов. Различия в концентрации носителей зарядов способствует возникновению электрического тока в проводнике, который подключен к разным концам пьезоэлектрического источника.

Ученые создали тонкую пленку из раствора многочисленных частиц вирусов и, предварительно высушив, попытались определить ее пьезоэлектрические свойства. В результате эксперимента выяснилось, что частицы бактериофага М13 могут принимать активное участие в пьезоэффекте.

Научно-исследовательская группа Ли не остановилась на силе тока, вырабатываемого при деформации вирусной пленки, которая была достигнута в первом опыте. Поэтому они решили совершенствовать ее свойства, выполнив модифицирование генома бактериофага.

Изменив некоторые участки в гене, ответственном за накопление белковых компонентов в оболочке вируса, физики добавили в белок аминокислоты с отрицательным зарядом. Дополнительные аминокислоты увеличили разницу между полюсами диполя, что существенно улучшило пьезоэлектрические свойства пленки, состоящей из вирусов.

Убедившись в степени эффективности нового штамма вируса, нанотехнологи выполнили сборку экспериментального генератора электричества. Для этой цели они вырастили большое количество вирусных частиц и создали 20 отдельных пленок, наложив их, друг на друга и соединив с помощью электродов.

Как отмечают исследователи, сжатие данной пленки производит электричества в количестве необходимом для работы жидкокристаллического дисплея, а именно его включения и изображения на протяжении нескольких секунд цифры "один". По словам физиков, пленка была способна вырабатывать ток напряжением в 400 милливольт и силой в 6 наноампер.

Ученые полагают, что пленки подобного рода можно интегрировать в одежду или обувь, и они могут служить источником питания для портативной электроники. Но для этого необходимо усиления пьезоэлектрических свойств такой пленки.

• Частое использование ChatGPT связано с одиночеством и эмоциональной зависимостью
• Стартап по натрий-железным батареям готов бросить вызов литий-ионным батареям для долгосрочного хранения энергии
• ABB разрабатывает высокоманевренный и высокоэффективный морской винт
• Изменения симметрии в крошечных кристаллах под воздействием света позволяют исследователям создавать материалы с заданными свойствами
• Солнечная пленка, которую можно наклеить где угодно для генерации энергии
• Двойно магичное ядро свинца-208 удивляет неожиданными свойствами формы
• Как мозг строит сложные карты для навигации и запоминания мира
• Пластиковый лед