Ученые генерируют электричество с помощью вирусов
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) разработали метод генерации энергии с использованием безвредных вирусов, преобразующих механическую энергию в электричество.
Принцип работы: пьезоэлектрический эффект
Устройство работает за счет пьезоэлектрического эффекта — накопления заряда в твердом материале в ответ на механическое напряжение. Ученые впервые использовали для этого биологический материал.
Ключевой элемент: вирус M13
Исследователи выбрали бактериофаг M13, который атакует только бактерии и безвреден для людей. Этот вирус обладает важными свойствами:
- Быстро размножается, обеспечивая постоянный запас.
- Легко поддается генной инженерии.
- Его палочковидные частицы самостоятельно выстраиваются в упорядоченные пленки.
С помощью специального микроскопа ученые подтвердили, что при приложении электрического поля спиралевидные белки на поверхности вируса скручиваются — явный признак пьезоэлектрического эффекта.
Усиление эффекта
Для увеличения мощности ученые:
- Генетически модифицировали вирус, добавив четыре отрицательно заряженных аминокислотных остатка к одному концу белковой оболочки. Это усилило разность зарядов и повысило напряжение.
- Сложили примерно 20 слоев вирусных пленок друг на друга, что дало максимальный пьезоэлектрический отклик.
Демонстрационный генератор
Ученые создали опытный образец генератора размером с почтовую марку (~1 см²). Многослойная вирусная пленка была помещена между двумя позолоченными электродами, подключенными к жидкокристаллическому дисплею.
- При нажатии на генератор он вырабатывает до 6 наноампер тока и 400 милливольт потенциала.
- Этой энергии достаточно, чтобы вывести цифру «1» на дисплее, и составляет около четверти напряжения батарейки AAA.
Значение и перспективы
Это достижение открывает путь к созданию:
- Миниатюрных устройств, собирающих энергию от повседневных вибраций (закрытие двери, ходьба по лестнице).
- «Персональных» генераторов энергии.
- Приводов для наноустройств.
Исследование, опубликованное 13 мая в журнале Nature Nanotechnology, — это первый шаг к более простому производству микроэлектроники на основе самосборки биологических материалов.