الکترونیک سبز می‌شود/ ابداع نانوسیم‌هایی که از هوا برق تولید می‌کنند 

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، محققان دانشگاه نیوساوت ولز (UNSW) با مهندسی رشته‌های پروتئینی تولید شده توسط باکتری ها، توانستند جریان الکتریکی را هدایت و آن را با استفاده از رطوبت هوا مهار کنند.

این تحقیقات بین رشته‌ای متشکل از مهندسی پروتئین و نانوالکترونیک، می‌تواند روزی به دانشمندان در توسعه «الکترونیک سبز» کمک کند.

وسایل الکترونیکی رایج و همه گیر امروزی با استفاده از فرآیند‌های انرژی بر و اجزای بسیار سمی ساخته می‌شوند که برای تسهیل حرکت الکترون‌ها در داخل دستگاه و انجام کار ضروری اند.

از سوی دیگر، رویداد‌های متعدد در طبیعت نیز به حرکت الکترون نیاز دارند. مثلا، در فرآیند فتوسنتز که گیاهان برای تهیه غذای خود از آن استفاده می‌کنند، کلروفیل، الکترون‌ها را در مولکول‌های مختلف پروتئین حرکت می‌دهد. سیستم‌های باکتریایی نیز الکترون‌ها را با استفاده از رشته‌های رسانا به نام نانوسیم‌ها از طریق غشا‌ها منتقل می‌کنند.

باکتری‌های مهندسی برای نانوسیم‌ها

نانوسیم‌های باکتریایی می‌توانند برق را هدایت کنند و به طور بالقوه برای ابداع سیستم‌های سنجش بکار روند. با این حال، این نانوسیم‌ها پس از برداشت از باکتری ها، به سختی اصلاح می‌شوند و بنابراین، عملکرد محدودی دارند.

«لورنزو تراواگلینی» «Lorenzo Travaglini» یکی از مجریان این پژوهش می‌گوید: برای غلبه بر این محدودیت ها، ما یک رشته را با استفاده از باکتری «E. coli» «ای. کولای» مهندسی ژنتیک کردیم.

وی افزود: ما DNA ای. کولای را طوری اصلاح کردیم که باکتری‌ها نه تنها پروتئین‌های مورد نیاز برای زنده ماندن خود را تولید کنند، بلکه پروتئین خاصی را که ما طراحی کرده بودیم نیز بسازند. سپس این پروتئین‌های خاص را مهندسی و در آزمایشگاه به نانوسیم‌ها مونتاژ کردیم.

جالب آنکه این مولکول اضافی که نانوسیم‌ها را بسیار رسانا می‌کند، «هِم» «haem» است: یک ساختار دایره‌ای مبتنی بر آهن موجود در خون حیوانات که اکسیژن را به قسمت‌های مختلف بدن انتقال می‌دهد.

تولید برق از هوا

مطالعات این پژوهشگران روی نانوسیم‌های باکتریایی نشان داد وقتی مولکول‌های هِم نزدیک به هَم چیده می‌شوند، می‌توانند انتقال الکترون را نیز انجام دهند. تراواگلینی و همکارانش، هِم را در رشته‌های مهندسی شده خود ادغام کردند با این امید که اگر الکترون‌ها به اندازه کافی نزدیک به هَم قرار گرفتند بین مولکول‌های هِم، بپرند.

محققان با اندازه گیری رسانایی رشته‌ها در حضور و غیاب مولکول‌های هِم، تایید کردند مولکول مبتنی بر آهن باعث رسانایی پروتئین می‌شود. آزمایش‌های گسترده نشان داد وقتی رطوبت شرایط محیطی بین ۲۰ تا ۳۰ درصد باشد، جریان الکتریکی قوی‌تر است.

تکرار آزمایش‌ها با افزایش مقادیر مواد رسانا بین الکترودها، تایید کرد رطوبت یک گرادیان بار در سراسر ماده ایجاد کرده و جریان افزوده را بدون اعمال پتانسیل اضافی شکل می‌دهد.

محققان سپس یک حسگر رطوبت ابداع کردند که وقتی بازدم از روی آن عبور داده می‌شود، جریان الکتریکی تولید می‌کند. آنها اکنون در حال بررسی چگونگی تنظیم تغییر خواص پروتئین هایشان با تغییر ساختار هِم یا محیط رشته، هستند. این دانشمندان اکنون در حال آزمایش مولکول‌های حساس به نور برای تسهیل انتقال الکترون هستند.

تراواگلینی تاکید کرد این تحقیق هنوز در مراحل اولیه است و تا تبدیل شدن آن به بخشی از الکترونیک روزمره زمان زیادی مانده است.

نتایج این پژوهش در نشریه Small منتشر شده است.