Электричество из воздуха: кишечная палочка проводит революцию в электронике

Австралийские ученые разработали бактериальные белковые нити, способные проводить электричество и даже генерировать его за счет влажности воздуха, что может стать основой для создания экологически чистой электроники.

Современная электроника, несмотря на свою распространенность, производится с использованием энергоемких процессов и высокотоксичных компонентов, что необходимо для перемещения электронов в устройствах. В природе также происходят процессы, требующие движения электронов, например, в фотосинтезе растений или в бактериальных системах.

Белковые нанопровода, известные своей способностью проводить электричество, обычно трудно модифицировать после извлечения из бактерий, что ограничивает их функциональность. Однако исследователи смогли генетически изменить бактерии E. coli (кишечная палочка), заставив их производить не только необходимые для выживания белки, но и специально разработанный белок, из которого затем сформировали нанопровода в лаборатории.

Ключевым элементом, увеличивающим проводимость нитей, стал гем — железосодержащая молекула, присутствующая в крови животных. Интегрировав гем в свои конструкции, команда обнаружила, что при достаточно близком расположении молекул гема электроны могут перескакивать между ними, что увеличивает проводимость.

Проведенные тесты показали, что электрический ток усиливается в условиях влажности от 20% до 30%. Эксперименты с увеличением количества проводящего материала между электродами подтвердили, что влажность создает градиент заряда в материале и генерирует дополнительный ток без приложения внешнего напряжения.

Разработан также датчик влажности, который генерирует электрический ток при выдыхании на него. Исследователи продолжают изучать возможности настройки свойств белков, изменяя структуру гема или окружающую среду нитей. В одном из экспериментов используются светочувствительные молекулы для облегчения переноса электронов.

Авторы работы заявляют, что полученные результаты открывают возможности для разработки устойчивых и экологически чистых электрических компонентов и устройств на основе белков. Такие инженерные нанопровода могут стать основой для разработок в сфере сбора энергии, биомедицинских приложений и экологического мониторинга.

Исследование проводилось в области, где пересекаются инженерия белков и наноэлектроника. Работа обещает новые технологии, связывающие биологические системы и электронные устройства. Специалисты подчеркивают, что их конечная цель — модифицировать материалы, производимые бактериями, для создания электронных компонентов, что может открыть новую эру зеленой электроники и помочь сформировать более устойчивое будущее.

Авторы исследования отметили, что проект находится на ранней стадии, и пока не ясно, сколько времени понадобится, чтобы технология стала частью повседневной электроники. Однако, по словам специалистов, исследования движутся в правильном направлении.