Американские инженеры предложили использовать вирусные частицы для получения дешевой энергии.

Генератор преобразует механическую энергию в электричество
Бактериофаг М13 имеет форму трубки длиной 880 нм и диаметром 6,6 нм. Поверхность его выложена из 2700 белковых молекул, каждая из которых несет заряд. Частица вируса обладает пьезоэлектрическими свойствами
Снимок атомного силового микроскопа: вирусные частицы самопроизвольно ориентируются, формируя пленку с упорядоченной структурой

Первый в истории «вирусный генератор» представили недавно инженеры, работающие в США под руководством профессора Сен-Ук Ли (Seung-Wuk Lee) — сами авторы называют разработку точнее, генератором, «использующим пьезоэлектрические свойства биологического материала». То есть, его способность поляризоваться под действием механического напряжения и деформаций.

Такие способности проявляют частицы использованного учеными бактериофага М13, сложенные из 2700 заряженных белковых молекул, образующих цилиндр диаметром 6,6 и длиной 880 нм. Этот вирус является одним из излюбленных объектов манипулирования в биотехнологиях: он абсолютно безвреден для человека, его геном и жизненный цикл легко контролировать, получая вирусные частицы миллионами копий.

Для начала ученые рассмотрели поведение пленки, составленной из организованного массива частиц М13, при подаче на нее напряжения. Было показано, что спирали белков, из которых сложена оболочка вируса, обратимо меняют свою пространственную конфигурацию, что послужило признаком действительно имеющегося пьезоэлектрического эффекта.

Затем авторы слегка модифицировали поверхностные белки для усиления этого эффекта, добавив к одному из их концов четыре отрицательно заряженных аминокислотных остатка. Тем самым разница в зарядах между двумя «полюсами» белковой молекулы еще более увеличилась. Кроме того, они апробировали различную толщину упаковки вирусных частиц в пленке и выяснили, что 20 слоев позволяет достичь максимальных пьезоэлектрических свойств.

Из такой пленки площадью около 1 см², помещенной между парой золотых электродов, ученые и получили прототип генератора, который подключили к ЖК-дисплею. Достаточно было приложить к генератору небольшое давление — и он выдавал до 6 нА тока (400 мВ напряжения), достаточное для высвечивания цифры «1», или примерно вчетверо меньше, чем у батарейки ААА.

По пресс-релизу Berkeley Lab