Американские нанотехнологи разработали устройство, которое вырабатывает электрический ток благодаря механической деформации множества частиц вирусов, и опубликовали «инструкцию» по сборке такого источника электричества в статье в журнале Nature Nanotechnology.

Феномен возникновения электрического тока при сжатии или механической деформации определенных материалов, так называемый пьезоэлектрический эффект, был открыт в конце 19 века французскими физиками Жаком и Пьером Кюри. За последующие полтора века данное свойство нашло свое применение как в быту – в виде источника напряжения в зажигалках и чувствительного элемента в микрофонах, так и в науке, где пьезоэлектрический эффект используется для сверхточного манипулирования микроскопическими приборами.

Группа физиков под руководством Сын-вук Ли (Seung-Wuk Lee) из университета штата Калифорния в Беркли обратила внимание на то, что

частицы безвредного для человека вируса-бактериофага М13 обладают особой структурой, способствующей появлению пьезоэффекта.

Как объясняют ученые, белковая оболочка вируса построена таким образом, что при механической деформации на ее поверхности возникает так называемый дипольный момент – асимметрия распределения положительных и отрицательных зарядов. «Перекос» в концентрации разных носителей зарядов приводит к появлению электрического тока в проводнике, подключенном к разным концам пьезоэлектрика.

Ученые отлили тонкую пленку из раствора частиц вирусов, высушили ее и проверили ее пьезоэлектрические свойства. Эксперимент подтвердил, что частицы бактериофага М13 способны участвовать в пьезоэффекте.

Ли и его коллеги не были довольны силой тока, который вырабатывался при деформации вирусной пленки, и поэтому они решили улучшить ее свойства, модифицировав геном бактериофага.

Для этого исследователи «отредактировали» несколько участков в гене, отвечающем за «сборку» белковых компонентов оболочки вируса, и добавили в белок несколько аминокислотных «хвостов» с частично отрицательным зарядом. Добавление дополнительных аминокислот повысило разницу между положительным и отрицательным полюсами диполя, что улучшило пьезоэлектрические свойства вирусной пленки.

Убедившись в достаточной эффективности нового штамма вируса, ученые собрали экспериментальный генератор электричества.

Для этого они вырастили множество вирусных частиц и отлили 20 отдельных пленок, которые они наложили друг на друга и соединили при помощи электродов.

По словам Ли и его коллег, сжатие данной пленки вырабатывает достаточное количество электричества для включения жидкокристаллического дисплея и изображения на нем цифры «один» в течение нескольких секунд.

Как утверждают исследователи, пленка вырабатывала ток напряжением в 400 милливольт и силой в 6 наноампер.

Физики полагают, что подобные пленки могут быть интегрированы в одежду или обувь и послужат источником питания или зарядки для мобильной электроники. Однако для этого потребуется многократное улучшение пьезоэлектрических свойств разработанной пленки.