Белки растительного вируса помогают создавать экологичные нанолисты золота для солнечных технологий

Исследователи из Университета Макгилла использовали белки вируса табачной мозаики для разработки простого и экологичного метода упорядочивания золотых наночастиц в ультратонкие листы, что усиливает их оптические свойства. Результат — более дешёвые и безопасные материалы для солнечных панелей, датчиков и передовых оптических устройств.

Золотые наночастицы эффективно усиливают оптические сигналы только при условии их упорядоченного расположения на поверхности с точным соблюдением дистанции между ними.

До сих пор создание таких структур требовало использования агрессивных химикатов и строго контролируемых лабораторных условий. Прорыв команды Макгилла заключался в модификации вируса табачной мозаики, чтобы он мог самособираться в листы в воде при комнатной температуре, при этом правильно распределяя наночастицы.

«Если просто набросать эти наночастицы на поверхность, какая-то их часть случайным образом даст усиление. Но если заставить их находиться на фиксированном правильном расстоянии, то вся поверхность становится активной», — пояснила соавтор исследования, доцент Эми Блум.

В результате получается наноматериал, который можно производить с меньшими затратами и с меньшим воздействием на окружающую среду по сравнению с существующим методом. Исследование опубликовано в журнале Small.

Строительные блоки природы

По словам Блум, эта работа представляет собой важный шаг к созданию устойчивых наноматериалов для повседневных технологий.

«Речь идёт об использовании строительных блоков природы, чтобы сделать технологии чище, дешевле и умнее. В целях безопасности мы не используем активный вирус. Мы используем только его оболочку, которая не содержит генетического материала», — добавила исследовательница.

Создание белкового каркаса

Для создания каркаса команда модифицировала белок вируса, добавив к нему короткую цепочку гистидина — по сути, крошечные «крючки», которые цепляются за золотые наночастицы и направляют белки для самосборки в ультратонкие листы.

«Мы полагаемся на большое количество очень слабых взаимодействий. Если взаимодействие одно, оно определённо не удержит структуру. Если их 15, они удержат её очень и очень жёстко», — объяснила Блум.

Без этой модификации белок имеет тенденцию к слипанию. Более слабые взаимодействия, напротив, способствуют тому, что белки укладываются плоско, отметила учёная.

Команда с удивлением обнаружила, что при определённых условиях листы могут сворачиваться в наноразмерные трубки. Это открывает путь для исследований, которые позволят выяснить, смогут ли такие трубки когда-нибудь функционировать как наноскопические волоконно-оптические кабели, сказала Блум.