Pyroelektriske peptidmikrorør gør varme til elektriske strømme

Mange peptider og proteiner har en medfødt evne til at samles til lange, slanke fibre kaldet fibriller og andre former. Nu, forskere har fundet en måde at udnytte denne egenskab til at skabe rørformede strukturer af diphenylalanin, der har evnen til at omdanne termisk energi til elektrisk energi, også kaldet en pyroelektrisk effekt. Deres resultater, udgivet i denne uge i Anvendt fysik bogstaver , rapporterer, at disse nanoskala -polymerer, som er biokompatible, kunne have en bred vifte af biologiske anvendelser, f.eks. til stilladser til levering af lægemidler eller implanterbare miniaturesensorer.

Forskerteamet fra Istanbul Technical University i Tyrkiet, universitetet i Aveiro i Portugal, og Ural Federal University i Rusland stolede på diphenylalanin, et materiale, de tidligere har undersøgt for dets unikke elektromekaniske og fysiske egenskaber. Når dråber af en opløsning af diphenylalanin tørres, peptidmonomerer danner aflange hule rør, der strukturelt ligner de uopløselige fibre, der dannes af Aβ -amyloidpeptid ved Alzheimers sygdom.

"Diphenylalanin er et af de første selvsamlende organiske materialer, der kan bruges til at lave mikroskopiske rør, stænger, bånd, sfærer og mere, "sagde Andrei Kholkin, tilsvarende forfatter på undersøgelsen. "I nærvær af vand, dets kemiske grupper organiserer sig selv for at lave ikke-kovalente bindinger og danne fantastisk stive, cytoskelet-lignende strukturer. "

Teamet af efterforskere tørrede en standard peptidopløsning i et døgn ved stuetemperatur for at tillade diphenylalanin at samle sig i mikrorørstrukturer, med individuelle rør op til 1 millimeter lange og 1-3 mikrometer brede i diameter. For at øge den strøm, der produceres af strukturerne, gruppen oprettede bundter af flere mikrorør og placerede dem mellem nålelektroder for at måle strukturenes egenskaber.

De opvarmede strukturerne periodisk med en laser, ændrede temperaturen til at nå cirka 80 grader C og beregnede derefter den pyroelektriske koefficient, hvilket er et mål for, hvor effektivt et materiale kan omdanne varme til elektrisk energi. Selvom mikrorørernes pyroelektriske kapacitet i første omgang var ændret - en gang opvarmet og afkølet, koefficienten faldt med ~ 30 procent - de forblev stabile efter den første opvarmning. Ændringen kan skyldes, at opvarmning forårsagede, at vandmolekyler i de hule rør blev uordnede, forfatterne foreslår.

"Dette er den første observation af en betydelig pyroelektrisk effekt i peptidmikrorør, der ligner det, der ses med halvledermaterialer såsom zinkoxid eller aluminiumnitrid, "Sagde Kholkin." I princippet vores peptid -nanorør kan bruges på samme måde som disse materialer til forskellige anvendelser. "

I tidligere undersøgelser, gruppen har demonstreret, at disse nanorør har piezoelektriske effekter - det vil sige de omdanner mekaniske kræfter til elektriske signaler-og kan bruges som sensorer til pacemakere eller andre elektroniske små enheder.

De nyopdagede pyroelektriske egenskaber vil udvide de potentielle anvendelser for diphenylalanin -mikrorør, ifølge Kholkin. For eksempel, konstruktionerne kunne bruges til at oprette høstmaskiner i lille skala, som kunne fjerne energi tabt i mikroelektroniske enheder. Ud over, deres pyroelektriske egenskaber kan bruges til at konstruere mikroskala- og nanoskala -termometre, der registrerer temperaturvariation, i stedet for en celles absolutte temperatur.

"Fordi disse rør kan generere elektricitet under temperatur- og bevægelsesændringer, de kan bruges til at stimulere og overvåge levende celler, "Sagde Kholkin.