Американски учени от националната лаборатория Лорънс Бъркли към министерството на енергетиката в САЩ са разработили начин за генериране на енергия чрез безобидни вируси, които преобразуват механичната енергия в електричество, предаде sciencedaily.com.
Учените са тествали подхода си чрез генератор, произвеждащ достатъчно ток, за да захрани малък LCD дисплей. Той работи като се докосне с пръст електрод с размерите на пощенска марка, който е покрит със специално проектирани вируси. Тези вируси превръщат силата на удара в електрически заряд.
Това е първият генератор, който произвежда електричество чрез овладяване на пиезоелектричните свойства на биологичен материал. Пиезоелектричество е натрупване на заряд в твърда повърхност, което реагира на механическо напрежение.
Това научно постижение може да доведе до миниатюрни устройства, които произвеждат електроенергия от вибрациите на ежедневни задачи като затваряне на вратата или изкачване по стълбите.
То насочва и към по-прост начин за правене на микроелектронни устройства. Това е така, защото вирусите се самоорганизират в система, която позволява на генератора да работи. Самостоятелното подреждане е много желана цел в света на нанотехнологиите.
„Необходими са повече изследвания, но нашата работа е обещаваща първа крачка към разработването на лични генератори, задвижващи механизми за влагане в нано-устройства и други устройства, работещи с вирусна електроника”, споделя Сиунг-Уук Лий, който е един от участниците в проекта на лабораторията.
Пизоелектричният ефект е открит през 1880 г. и след това е наблюдаван в кристали, керамика, кости, протеини и ДНК. Той е вкаран в употреба и има много приложения, като например електрическата запалка и миктоскопът за сканиране и проби, които не могат да работят без него.
Но материалите, използвани за приготвянето на пиезоелектрични устройства, са токсични и трудни за обработка, което ограничава широкото използване на технологията.
Лий и колегите му се чудят дали изследваният вирус ще предложи по-добър начин за използване на ефекта. Вирусът M13, с който американските учени работят, атакува единствено бактерии и е безвреден за хората. Като вирус, той се възпроизвежда до милиони само за броени часове, така че винаги има стабилно захранване. Също така, той е лесен за генно модифициране. Много от вирусите в издължена, права форма се групират в добре подредени филми, като пръчици в кутия.
Именно това е признакът, търсен от учените, при изграждането на нано блок. Но за целта лабораторията в Бъркли първо установява дали M13 е пизоелектричен. За целта Лий се обръща към Рамеш, който е експерт в изучаването на електрическите свойства на тънки филми от вируси в наномащаб. Те прилагат електрическо поле върху филм от M13 вируси и наблюдават какво се случва през специален микроскоп. Спиралните протеини, които обгръщат вирусите, се усукват и обръщат в отговор – сигурен знак за работещ пизоелектричен ефект.
След това учените увеличават пизоелектричната сила на вируса. Чрез генно модифициране те добавят четири отрицателно заредени аминокиселинни остатъка към края на обгръщащите спирални протеини върху вируса. Тези остатъци увеличават заряда между позитивния и негативния край на протеините, което повишава напрежението на вируса.
Учените допълнително подсилват системата чрез групиране на филми, съставени от отделни слоеве на вируса, подредени едни върху други. Те откриват, че стек от 20 слоя проявява най-силен пизоелектричен ефект.
Единственото нещо, което остава след това, е тест-демонстрация. Така че, учените създават пизоелектричен генератор на енергия. Те създават условия за спонтанно организиране в многослоен филм с размери около един квадратен сантиметър на генно модифицираните вируси. Този филм е затворен между два позлатени електрода, свързани с кабели към LCD дисплея.
Когато към генератора бъде приложен натиск, той произвежда до шест наноампера на момента и потенциално до 400 миливолта. Това е достатъчно количество ток, за да мигне на екрана числото „1”, или около една четвърт от волтажа на тройна А батерия.
„В момента работим върху подобряване на демонстрацията, доказваща принципа”, коментира Лий и добавя: „Понеже инструментите на биотехнологията ни позволяват производство на генно модифицирани вируси в голям мащаб, пиезоелектричните материали, базирани на вируси, биха могли да предложат лесен път към новата микроелектроника в бъдещето."
