Generator bioelectric pe bază de virusuri

Cercetători de la Laboratorul Naţional Lawrence Berkeley / Departamentul pentru Energie din SUA  /au găsit o nouă cale de a genera curent electric, folosind viruşi ne-nocivi pentru a converti energie mecanică în electricitate. Detalii, în continuare.

Imaginează-ţi cum ar fi să-ţi încarci telefonul tău mobil în timp ce mergi, mulţumită unui generator de grosimea unei coli de hârtie, ascuns în talpa pantofului. Acest scenariu futurist este acum un pic mai aproape de realitate.

Savanţii şi-au testat invenţia, creând un generator care a produs suficientă energie pentru a opera un mic display cu cristale lichide. Generatorul funcţionează prin apăsarea degetelor pe un electrod de mărimea unui timbru poştal cu o peliculă de viruşi modificaţi. Viruşii convertesc forţa apăsării degetelor în sarcină electrică.

Acest generator este primul care produce electricitate prin folosirea proprietăţilor electrice ale ţesuturilor biologice. Piezoelectricitatea reprezintă acumularea sarcinii într-un solid, ca răspuns la stresul mecanic. Realizarea tehnologică de excepţie ar putea duce la crearea unor dispozitive minuscule care să stocheze energia electrică din vibraţiile obţinute din activităţi de rutină, ca închisul uşii ori urcatul scărilor. De asemenea, aceasta arată o cale mai simplă pentru a realiza micro-dispozitive electronice, întrucât viruşii se auto-aranjează în cadrul unei pelicule, fapt ce permite generatorului să funcţioneze. Auto-aranjarea este foarte importantă în lumea nanotehnologiei.

Seung-Wuk Lee, cel care a condus cercetarea alături de colegii săi, Ramamoorthy Ramesh şi Byung Yang Lee, este de părere că deşi este nevoie de cercetări suplimentare, realizarea lor reprezintă un prim pas, foarte promiţător, către realizarea unor generatoare de uz personal.

Efectul piezoelectric a fost descoperit în 1880 şi a fost observat la cristale, ceramică, oase, proteine şi ADN. Este folosit în diverse dispozitive. De exemplu, aprinzătorul ţigării electronice şi microscopul cu sondă de scanare nu ar putea funcţiona fără el. Dar materialele folosite pentru a realiza dispozitive piezoelectrice sunt toxice şi este greu de lucrat cu ele, ceea ce limitează răspândirea acestui tip de tehnologie.

Lee şi colegii acestuia s-au întrebat dacă un virus studiat la scară largă (M13), care atacă doar bacteriile şi este benign pentru oameni, nu ar putea oferi o cale mai bună. Un virus se înmulţeşte rapid (doar in mediu de cultura), ceea ce asigură o provizie virală constantă. M13 este uşor de modificat genetic şi se aranjează în pelicule în mod natural. Acestea sunt trăsături pe care cercetătorii le caută pentru a construi nano-structuri.

Iniţial, savanţii au trebuit să determine dacă virusul M13 este piezoelectric. Pentru asta, Ramesh, expert în studierea proprietăţilor electrice ale peliculelor la nivel nanometric i-a dat o mână de ajutor lui Lee. La aplicarea unui curent electric asupra unei pelicule de viruşi M13, cu ajutorul microscopului s-a observat că proteinele elicoidale ce „îmbracă” virusurile s-au răsucit, un semn al efectului piezoelectric.

Pentru a creşte tăria efectului piezoelectric s-a folosit ingineria genetică pentru a adăuga patru reziduuri de amino acizi încărcaţi negativ la unul dintre capetele proteinelor helicoidale. Aceste reziduuri au crescut diferenţa de sarcină dintre proteinele pozitive şi capetele negative, crescând deci diferenţa de potenţial. Mai departe, cercetătorii au suprapus mai multe pelicule de virusuri, descoperind că circa 20 de straturi etalează cel mai puternic efect piezoelectric.

Mai era de demonstrat că se poate construi un generator funcţional pe bază de virusuri. Cercetătorii au creat condiţiile ca virusurile să se organizeze în mod spontan într-o peliculă cu mai multe straturi, măsurând circa un centimetru pătrat. Apoi, pelicula a fost aşezată între doi electrozi auriţi, care au fost conectaţi prin fire la un display cu cristale lichide. Când s-a aplicat o presiune asupra generatorului, s-a reuşit producerea a 6 nanoamperi şi un potenţial de 400 de milivolţi, suficient pentru afişarea numărului 1 pe ecran (aproape un sfert din voltajul unei baterii AAA).
Actualmente echipa de cercetători lucrează pentru îmbunătăţirea generatorului, considerând că materialele piezoelectrice produse pe baza virusurilor oferă o cale rapidă către un nou tip de microelectronică

Articol preluat de pe http://www.scientia.ro/stiri-stiinta/stiri-tehnologie/3455-generator-piezoelectric-pe-baza-de-virusuri.html

Leave a Reply