Elektromosság vírusokból

A piezoelektromos anyagok mechanikai hatásra feszültséget generálnak. A csont, a DNS és a fehérjék szintén bírnak ilyen tulajdonságokkal, de szerkezetük sajátosságai miatt nehéz olyan módon elrendezni ezeket, hogy bármiféle hasznos elektromosságot nyerhessünk ki belőlük.

Elektromosság vírusokból

A piezoelektromos anyagok mechanikai hatásra feszültséget generálnak, maguk az anyagok sokfélék lehetnek: az ilyen tulajdonságú fémek vagy polimerek esetében általában nagy energiabefektetés szükséges ahhoz, hogy töltés termelődjön. A csont, a DNS és a fehérjék szintén piezoelektromos tulajdonságokkal bírnak, de szerkezetük sajátosságai miatt nehéz olyan módon elrendezni ezeket, hogy bármiféle hasznos elektromosságot nyerhessünk ki belőlük.

Erre a problémára keresett megoldást Seung-Wuk Lee, a Berkeley kutatója kollégái segítségével. Olyan biológiai anyag után kutattak, amelyben valamiféle belső rendezettség uralkodik, ugyanakkor könnyű előállítani. Végül az M13 bakteriofágra esett a választásuk, ez egy pálcika alakú vírus, amely baktériumokat fertőz meg. Egyetlen baktérium a vírus egymillió másolatát képes előállítani négy óra alatt, így az anyagutánpótlással sincs probléma. A vírusok pálcikái ráadásul alkalmas felületen maguktól szép, szabályos sorokba rendeződnek.

A vírus piezoelektormos tulajdonságait a megszokottal éppen ellentétes módon vizsgálták: nem a mikroorganizmust nyomták össze és mérték meg a termelődő töltésmennyiséget, hanem feszültség alá helyeztek egy a vírusból készített filmréteget, és figyelték, hogy van-e mechanikai mozgás: a vírust borító proteinek hélixei pedig, ahogy várható volt, csavarodó mozgást mutattak.

A bakteriofág piezoelektromos tulajdonságai szerkezeti összetételéből adódnak. Körülbelül 2700 helikális fehérje húzódik a vírus hosszában, melyek mindegyike egy pozitív és egy negatív töltésű véggel rendelkezik. Ha a proteinek szimmetrikusan helyezkednek el, akkor ezek a töltések kiegyensúlyozzák egymást. De ha a vírust  összenyomjuk, a fehérjék addigi kerek keresztmetszete oválissá változik, és felborul a dipólusmomentumok addig egyenletes eloszlása. A fehérjeburok egyes részei negatívak, mások pozitívak lesznek, így megindul a töltések vándorlása.

A fehérjeburok felépítése jól ismert, így a kutatók képesek voltak olyan vírusok „legyártására”, amelynek piezoelektromos tulajdonságai fokozottan jelentkeznek. Ennek részeként négy extranegatív aminosavat adtak a burkot képző fehérjék negatív végéhez, növelve így a töltéskülönbséget a két vég között. Ezen változtatás hatására a vírus összenyomásakor több elektromos energia termelődött.

A feltuningolt vírusokból készült filmeket két arany elektróda közé rétegelték, amelyek nagyjából bélyegnyi méretűek voltak. A hüvelykujj nyomására a konstrukció 6 nanoamper áramot termel 400 millivolt feszültség mellett. Két ilyen elemecske összepárosítása már elegendő energiát termel ahhoz, hogy egy kis folyadékkristályos kijelzőn megjelenítse az 1-es számjegyet.

Lee a fehérjeburok további módosításaival, valamint az optimális elrendezés megtalálásával igyekszik növelni a keletkező áram mennyiségét. Véleménye szerint 5‒10 éven belül a vírusokból álló piezoelektromos filmeket egyszerűen a cipőnkbe helyezzük, és ezek futás közben elegendő áramot termelnek majd iPodunk működtetéséhez.

A termelt árammennyiség meglehetősen kevéske, de még így is lehetnek hasznos alkalmazási lehetőségei. A film önrendező volta, pedig olyan előny, amellyel mindeddig egyetlen piezoelektromos anyag sem bírt.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward