Около преди десетилетие един изследовател от Масачузетския технологичен институт демонстрира как може да се използват вируси за сглобяване на положителните и отрицателните електроди на литиево-йонните батерии, пробив в инженеринга, който обеща да намали токсичността на процеса на производство на батерияите и да увеличи производителността им.
Оттогава професорът по биоинженеринг от MIT Анжела Белчър (Angela Belcher) е напреднала много. Тя създаде вируси, които могат да работят с над 150 различни материали и демонстрира, че нейната техника може да се използва за производство на други материали като соларни клетки. Мечтата на Белчър да се създаде „задвижвана от вируси кола“ все още не се е сбъднала, но след години работа тя и нейните колеги от MIT са на стъпка от извеждането на технологията от лабораторията и в реалния свят.
Микроскопичните зомбита на природата, вирусите са на границата между живото и мъртвото. Те са пълни с ДНК, отличителен белег на всички живи същества, но не могат да се възпроизведат без гостоприемник, което ги дисквалифицира от някои дефиниции на живота. Въпреки това, както демонстрира Белчър, тези качества могат да се приложат за наноинженерство за производство на батерии, които имат подобрена плътност на енергията, живот и честота на зареждане, които могат да бъдат произведени по екологичен начин.
„Има все по-голям интерес в областта на батериите за изследване на материали под формата на наноструктура за акумулаторни електроди“, разказва Константинос Герасопулос (Konstantinos Gerasopoulos), старши изследовател, който работи по усъвършенстването на батериите в лабораторията за приложна физика на Университета Джонс Хопкинс. „Има няколко начина за направата на наноматериали с конвенционални химически техники. Ползата от използването на биологични материали, като вируси, е, че те вече съществуват в тази „нано“ форма, така че те по същество са естествен шаблон или скеле за синтез на материали за батериите“.
Природата е намерила много начини да изгради полезни структури от неорганични материали без помощта на вируси. Любимият пример на Белчър е черупката на мидата абалоне, която е силно структурирана в наномащаб, лека и здрава. В процеса на десетки милиони години мидата е еволюирала така, че нейната ДНК произвежда протеини, които извличат калциевите молекули от богатата на минерали водна среда и ги отлагат в подредени слоеве по тялото си. Това мекотело не изгражда батерии, но Белчър осъзнава, че същият този основен процес може да бъде приложен при вирусите за изграждането на полезни материали за хората.
„Ние се занимаваме с биоинженерство, за да контролираме на наноматериали, които обикновено не се отглеждат биологично“, коментира Белчър. „Разширихме инструментариума на биологията за работа с нови материали“.
Вирусът, който Белчър е избрала, е бактериофагът M13, вирус с форма на пура, който се репликира в бактериите. Въпреки че не е единственият вирус, който може да се използва за наноинженерство, според Белчър той работи добре, тъй като генетичният му материал е лесен за манипулиране. За да накара вируса да произвежда електроди, Белчър го излага на материала, който иска да манипулира. Естествените или инженерни мутации в ДНК на някои от вирусите ги заставят да се закрепят към материала. След това Белчър извлича тези вируси и ги използва да заразят бактерии, което води до милиони идентични копия на вируса. Този процес се повтаря отново и отново и с всяка итерация вирусът става все по-прецизен архитект на батерии.
Бактериофагът M13. Кредит: Wikimedia Commons
Генетично разработените вируси на Белчър не могат да различат анода от катода на батерията, но не е и необходимо. Тяхната ДНК е програмирана само да изпълнява една проста задача, но когато милиони вируси изпълняват една и съща задача заедно, те произвеждат използваем материал. Например генетично модифицираният вирус може да бъде проектиран да експресира протеин на повърхността си, който привлича частици кобалтов оксид, за да покрие тялото си. Допълнителните протеини на повърхността на вируса привличат все повече частици кобалтов оксид. Това по същество образува нанопроводници от кобалтов оксид, направен от свързани вируси, които могат да бъдат използвани в електрода на батерията.
Източник:
The Next Generation of Batteries Could Be Built by Viruses, WIRED
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари