کشف نانوسیم پروتئینی با رسانایی بسیار بالا

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، دانشمندان دانشگاه ایالتی میشیگان یک الیاف پروتئینی میکروبی کشف کرده‌اند که می‌تواند بارهای الکتریکی را با سرعت مناسب برای استفاده در نانوفناوری‌های ساخته دست بشر منتقل کند.

در این کار، الیاف پروتئینی تولید شده توسط باکتری احیاء‌کننده اورانیوم به نام ژئوباکتر توصیف شده‌اند. این الیاف رشته‌های پروتئینی مومانندی به نام pili هستند که قابلیت منحصر به فردی در انتقال بار با سرعت یک میلیارد الکترون در ثانیه دارند.

گاما رگوئرا، نویسنده این مقاله، می‌گوید: «این نانوسیم میکروبی از یک زیرواحد پپتیدی منفرد ساخته می‌شود. از آنجایی که این نانوسیم‌های آلی از پروتئین‌ها ساخته شده‌اند، در نتیجه زیست‌سازگار و زیست‌تخریب‌پذیر هستند. این اکتشاف راه را برای کاربردهای مختلفی همچون ساخت حسگرهای زیستی و ابزارهای الکترونیکی که می‌توانند با بافت‌های انسانی در تماس باشند، فراهم می‌کند».

او می‌افزاید از آنجایی که در فناوری‌های امروزی از فلزات گران استفاده می‌شود، در نتیجه این نانوسیم‌های جدید مقرون به صرفه‌تر نیز هستند.

عملکرد این نانوسیم‌ها در طبیعت همانند تنفس است. سلول‌های باکتری همانند انسان نیاز به تنفس دارند. در فرآیند تنفس الکترون‌ها از یک ارگانیسم به بیرون منتقل می‌شوند. باکتری ژئوباکتر از نانوسیم‌های پروتئینی برای اتصال و انتقال مواد معدنی حاوی فلز همچون اکسیدهای آهن و فلزات سمی محلول همچون اورانیوم استفاده می‌کند. این مواد سمی در سطح نانوسیم‌ها رسوب یافته و در نتیجه از نفوذ آنها به درون سلول جلوگیری می‌شود.

گروه رگوئرا الیاف پروتئینی خود را که حدود 2 نانومتر قطر دارند، خالص‌سازی کردند. آنها با استفاده از ابزارهای فناوری نانو توانستند سرعت انتقال الکترون‌ها توسط این الیاف پروتئینی را اندازه بگیرند.

رگوئرا می‌گوید: «این الیاف همانند خطوط انتقال برق در مقیاس نانومتری عمل می‌کنند. همچنین این مطالعه برای اولین بار امکان انتقال الکترون را در طول پروتئین‌ها در یک فاصله بسیار زیاد (1000 برابر بیشتر از آنچه قبلا ثابت شده بود) نشان می‌دهد».

این پژوهشگران همچنین در سطح این نانوسیم‌ها تله‌های فلزی یافتند که با تمایل بسیار بالایی به اورانیوم متصل شده و می‌توانند فلزات دیگر را نیز به دام بیندازند. این نتایج همچنین مبنایی برای توسعه سامانه‌هایی است که از نانوسیم‌های پروتئینی در استخراج طلا و فلزات ارزشمند دیگر استفاده می‌کنند. از این سامانه‌ها می‌توان در تثبیت اورانیوم در مناطق آلوده و کاربردهای دیگر استفاده کرد.