Фізики змогли змусити віруси виробляти електрику

Відео: Як зробити найпростіший електродвигун

Американськими нанотехнологій було розроблено пристрій, виробляє електричний струм за допомогою механічної деформації великої кількості частинок вірусів.

Потім ними була опублікована «інструкція» по збірці аналогічного джерела енергії в журналі Nature Nanotechnology.

Як відомо, відкриття феномена виникнення електричного струму при механічної деформації або стисненні певних матеріалів, так званого п`єзоелектричного ефекту, було зроблено в кінці 19 століття, і належить французьким фізикам Жаку і П`єру Кюрі.

За минулі півтора століття це властивість змогло знайти собі застосування як в побуті - як джерело напруги в запальничках і чутливий елемент в мікрофонах, так і в науці, яка використовує п`єзоелектричний ефект для надточного маніпулювання мікроскопами.

Групою фізиків з Каліфорнійського університету під керівництвом Seung-Wuk Lee було помічено, що нешкідливий для людей вірус-бактеріофаг М13 і його частинки мають особливою структурою, яка сприяє появі п`єзоефекту.

Як пояснили вчені, будова білкової оболонки вірусу володіє однією особливістю - при механічної деформації на поверхні цієї оболонки виникає дипольний момент, тобто виникає асиметрія розподілу негативних і позитивних зарядів. Так званий «перекіс» у концентрації протилежних носіїв зарядів сприяє тому, що в провіднику, який був підключений до різних кінцях пьезоелектрика, з`являється електричний струм.

Фізики відлили з розчину частинок вірусів тонку плівку, висушили її і потім перевірили на п`єзоелектричні властивості. В ході експерименту було доведено, що бактеріофаг М13, вірніше, його частинки, дійсно здатний брати участь в п`єзоефекті.

Так як Лі і його колеги не були задоволені силою електричного струму, одержуваного при деформації вірусної плівки, вони вирішили модифікувати геном бактеріофага, щоб поліпшити її властивості.

Для цього дослідникам довелося "відредагувати" кілька ділянок в гені, який відповідає за "збірку" білкових складових оболонки вірусу, після чого в білок додали невелике кількості амінокислотних "хвостів", Що володіють частково негативним зарядом. Додаткові амінокислоти дозволили підвищити різницю між негативним і позитивним полюсами диполя, якісно поліпшивши п`єзоелектричні властивості створеної вірусної плівки.

Коли вчені переконалися в тому, що новий штам вірусу досить ефективний, вони зібрали так званий «експериментальний генератор електрики». Для проведення експерименту їм знадобилося виростити безліч вірусних частинок і відлити двадцять окремих плівок, які потім були накладені один на одного і з`єднані за допомогою електродів.

Як відзначають Лі і його колеги, стиснення такої плівки дозволяє виробити достатньо електрики, щоб можна було включити рідкокристалічний дисплей і побачити на ньому зображення цифри «1» протягом декількох секунд. За твердженням дослідників, плівка здатна виробляти струм напругою до 400 мВ і силою до 6 нА.

Як вважають фізики, такі плівки можуть бути інтегровані в взуття і одяг, а також зможуть служити в якості джерела живлення і зарядки для мобільних електронних пристроїв. Але для цього буде потрібно провести роботу по багаторазовому поліпшенню п`єзоелектричних властивостей створеної плівки.