Физики смогли заставить вирусы вырабатывать электричество

Видео: Как сделать самый простой электродвигатель

Американскими нанотехнологами было разработано устройство, вырабатывающее электрический ток при помощи механической деформации большого количества частиц вирусов.

Затем ими была опубликована «инструкция» по сборке аналогичного источника энергии в журнале Nature Nanotechnology.

Как известно, открытие феномена возникновения электрического тока при механической деформации или сжатии определенных материалов, так называемого пьезоэлектрического эффекта, было сделано в конце 19 века, и принадлежит французским физикам Жаку и Пьеру Кюри.

За прошедшие полтора века это свойство смогло найти себе применение как в быту – как источник напряжения в зажигалках и чувствительный элемент в микрофонах, так и в науке, которая использует пьезоэлектрический эффект для сверхточного манипулирования микроскопами.

Группой физиков из Калифорнийского университета под руководством Seung-Wuk Lee было замечено, что безвредный для людей вирус-бактериофаг М13 и его частицы обладают особенной структурой, которая способствует появлению пьезоэффекта.



Как объяснили ученые, строение белковой оболочки вируса обладает одной особенностью – при механической деформации на поверхности этой оболочки возникает дипольный момент, то есть возникает асимметрия распределения отрицательных и положительных зарядов. Так называемый «перекос» в концентрации противоположных носителей зарядов способствует тому, что в проводнике, который был подключен к разным концам пьезоэлектрика, появляется электрический ток.



Физики отлили из раствора частиц вирусов тонкую пленку, высушили ее и затем проверили на пьезоэлектрические свойства. В ходе эксперимента было доказано, что бактериофаг М13, вернее, его частицы, действительно способен участвовать в пьезоэффекте.

Так как Ли и его коллеги не были удовлетворены силой электрического тока, получаемого при деформации вирусной пленки, они решили модифицировать геном бактериофага, чтобы улучшить ее свойства.

Для этого исследователям пришлось "отредактировать" несколько участков в гене, который отвечает за "сборку" белковых составляющих оболочки вируса, после чего в белок добавили небольшое количества аминокислотных "хвостов", обладающих частично отрицательным зарядом. Дополнительные аминокислоты позволили повысить разницу между отрицательным и положительным полюсами диполя, качественно улучшив пьезоэлектрические свойства созданной вирусной пленки.

Когда ученые убедились в том, что новый штамм вируса достаточно эффективен, они собрали так называемый «экспериментальный генератор электричества». Для проведения эксперимента им понадобилось вырастить множество вирусных частиц и отлить двадцать отдельных пленок, которые затем были наложены друг на друга и соединены с помощью электродов.

Как отмечают Ли и его коллеги, сжатие такой пленки позволяет выработать достаточно электричества, чтобы можно было включить жидкокристаллический дисплей и увидеть на нем изображение цифры «1» в течение нескольких секунд. По утверждению исследователей, пленка способна вырабатывать ток напряжением до 400 мВ и силой до 6 нА.

Как полагают физики, такие пленки могут быть интегрированы в обувь и одежду, а также смогут служить в качестве источника питания и зарядки для мобильных электронных устройств. Но для этого потребуется провести работу по многократному улучшению пьезоэлектрических свойств созданной пленки.