Lille opfindelse kan udnytte stor energi fra små sporer

(Phys.org) – En af Ozgur Sahins første maskiner var en mekanisk tilføjelsesenhed lavet af Legos. Han lavede den, da han var 11 og er ikke holdt op med at lave gadgets siden. På forskerskolen skabte Sahin et atomkraftmikroskop, der kunne måle mekaniske kræfter på molekylært niveau, vinde hovedpræmien i National Inventors Hall of Fame's Collegiate Inventors Competition.

I dag er en raffineret version af mikroskopet Sahins primære forskningsværktøj. Med den er lektor i biologiske videnskaber og fysik i stand til at studere stoffer på nanoskala, med implikationer lige fra sundhed og sygdomsforebyggelse til alternativ energi.

"Forskere arbejder altid på at lave bedre mikroskoper for at se mindre og mindre ting, men hvad mit laboratorium ønsker at gøre, er at identificere ikke kun formene og placeringen af ​​objekter, men hvad deres fysiske egenskaber er, " forklarer Sahin.

Hans version består af en cantilever med en skarp siliciumspids, der fungerer som en fingerspids til at scanne en genstands overflade og bøjes som reaktion på kraft. Sahin sammenligner processen med at fange fisk. For eksempel, hvis han sætter et stykke DNA på nålen som lokkemad, når den støder på en matchende molekylær sekvens, det vil reagere med en vis kraft.

Alt, der kombinerer, fra aminosyrer til DNA, genererer kraft, hvilket er, hvad han sætter sig for at måle. Cantileveren måler det via vridningen, bøjning og binding af målmolekylet. "Vi er afhængige af kræfter, og hvordan de ændrer sig, " siger Sahin. "Slutresultatet er virkelig enkelt, men der sker så mange ting. Det er klassisk fysik."

Et voksende forskningsområde i hans nanovidenskabslaboratorium i Northwest Corner Building er at forstå bakteriesporer. Sahin var nysgerrig efter Bacillus, en type bakterier, der almindeligvis findes i jorden. Sporer af Bacillus har harmonika-lignende rynker. Under fugtige forhold absorberer sporerne fugt fra luften, og rynkerne folder sig ud og ændrer sig op til 40 procent i volumen.

"Den største energikilde i naturen er fordampning, " sagde Sahin. "Vores klima er drevet af fordampning af vand fra havene, og vi har ingen mulighed for at få adgang til denne energi. Vi kan få adgang til vindkraft, men ikke fordampning. Det kan være en åbning for en helt ny energiplatform."

Al bevægelse tager energi. I betragtning af hvor meget sporerne ændrer sig, Sahin regnede med, at han kunne udnytte bevægelsen og konvertere den til energi. "Vi har bemærket, at ekspanderende og kontraherende sporer kan fungere som en muskel, skubbe og trække andre genstande, " forklarer Sahin.

I den 7. nov. 2012 udgave af Journal of the Royal Society , Sahin offentliggjorde sine resultater om, hvordan rynkerne opstår og hvorfor – det er en overlevelsesmekanisme til at beskytte sporernes genetiske materiale. Det amerikanske energiministerium støtter yderligere forskning for at studere kraften fra de udfoldende rynker og til at bygge nye typer materialer ved at samle sporerne i større strukturer. Arbejdet kan i sidste ende føre til udviklingen af ​​et batteri, der kan bruge energi fra sporer.

En mulig anvendelse er en industriel belægning lavet af sporer, der kan males på en fleksibel, gummiagtigt materiale, som ville kurve som reaktion på fugtighedsniveauet. Sahin sammenligner det potentielle output med solenergi.

Sahin blev tidligt opmuntret til at dyrke en sådan kreativ tænkning af sin far, en kirurg, og mor, en lærer. Han voksede op i nærheden af ​​Ankara, Kalkun, og i gymnasiet var en af ​​fem elever valgt til at repræsentere sit land i den internationale fysikolympiade.

Efter at have gået på college på Bilkent Universitet, han flyttede til USA i 2001, opnår sin kandidat- og ph.d. på Stanford. Sahin var Rowland Junior Fellow ved Harvard i flere år, før han kom til Columbia i 2011. "Mine forældre understregede vigtigheden af ​​at lære nye ting, " siger Sahin. "Jeg har altid haft den tankegang, at jeg kunne lave og skabe ting selv."