Протеиновая оболочка генетически модифицированного варианта M13 и его код
Всем знаком пьезоэлектрический эффект — создание электрического поля под действием механического напряжения. Например, нажимаете кнопку — и в пьезозажигалке образуется искра. Отличная система, казалось бы, пьезоэлементы можно внедрять повсеместно для сбора механической энергии — в каблуки ботинок, компьютерную клавиатуру, напольные покрытия, дверные коробки и так далее — куда угодно, ведь это практически вечный источник «бесплатной» энергии. Но в реальности подходящие пьезоэлектрики дороги и токсичны для повсеместного использования.
Группа учёных из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли нашла решение этой проблемы: они сконструировали вирус, который справляется с задачей гораздо лучше, чем неорганические пьезоэлектрики, и при этом безопасен.
Работа началась на базе последних научных открытий, которые обнаружили пьезоэлектрические свойства у разных органических соединений с упорядоченной клеточной структурой. Например, слабыми пьезоэлектриками оказались кости и коллагены из хрящей и сухожилий. Соответственно, логично было соорудить конструкцию из протеинов, которая в теории должна проявлять пьезоэлектрические свойства. Так был создан генетически модифицированный вариант известного вируса M13, протеиновая оболочка которого показана на схеме вверху.
M13 совершенно безвреден для человека (в отличие от некоторых неорганических пьезоэлектриков) — он уже давно используется в различных экспериментах. У него есть ещё ряд ключевых преимуществ перед неорганикой: из бактериофагов M13 можно относительно легко получить тонкую плёнку, которая при этом демонстрирует высокую силу пьезоэлектрического эффекта. Учёные доказали, что электрические свойства можно программировать, генетически видоизменяя форму оболочки вируса.
Для демонстрации возможностей M13 учёные сконструировали пьезоэлектрический генератор из 20-ти слоёв плёнки. При нажатии кнопок он генерирует ток силой 6 нА и напряжение 400 мВ. Этого хватает для питания ЖК-дисплея.
Результаты работы опубликованы в статье "Virus-based piezoelectric energy generation", журнал Nature Nanotechnology, 13 мая 2012 г.
