Termisk afbryder opdaget i konstruerede blækspruttebaserede biomaterialer

Tuning af materialer til optimale optiske og elektriske egenskaber er ved at blive dagligdag. Nu, forskere og producenter kan muligvis tune materialer til termisk ledningsevne ved at bruge et blæksprutte-inspireret protein lavet af flere DNA-gentagelser.

"Kontrol af termisk transport i moderne teknologier - køling, data opbevaring, elektronik eller tekstiler - er et uløst problem, " sagde Melik Demirel, professor i ingeniørvidenskab og mekanik og direktør, Center for forskning i avancerede fiberteknologier i Penn State. "For eksempel, de fleste standard plastmaterialer har meget lav varmeledningsevne, og de er termiske isolatorer. Disse blækspruttebaserede biomaterialer, som vi arbejder på, har lav ledningsevne ved omgivende luftfugtighed, men de kan konstrueres, så deres varmeledningsevne øges dramatisk."

I dette tilfælde, stigningen afhænger af, hvor mange tandemgentagelser der er i proteinet, og kan være 4,5 gange større end stigninger set i konventionel plast. Tandem-gentagelser er gentagne strenge af DNA, der findes i naturen, I dette tilfælde, i blæksprutter ringtænder.

En potentiel anvendelse af denne bioproteinfilm kan være som en stofbelægning, især til sportstøj, sagde forskerne. Materialet kunne være perfekt behageligt og hyggeligt i hverdagen, men når det faktisk bruges til tung aktivitet, sveden produceret af bæreren kunne "vende" termokontakten og tillade stoffet at fjerne varme fra bærerens krop.

Demirel og hans team har designet syntetiske proteiner, der er mønstret på gentagende tandemsekvenser. De er i stand til at vælge det antal gentagelser, de ønsker, og undersøge, hvordan de forskellige proteiner reagerer, I dette tilfælde, til fugt.

"Under omgivende forhold - mindre end 35 procent fugtighed - afhænger den termiske ledningsevne af disse proteinholdige film ikke af gentagne enheder eller molekylvægt, og demonstrere lignende termiske ledningsevner til uordnede polymerer og vanduopløselige proteiner, " rapporterer forskerne i dag (13. august) i Natur nanoteknologi .

Imidlertid, når filmene er konstrueret til at have højere molekylær topologi, varmeledningsevnen springer, når de bliver vådere, gennem høj luftfugtighed, vand eller sved. I samarbejde med University of Virginia-teamet og NIST, forskerne fandt ud af, at efterhånden som antallet af tandemgentagelser steg, varmeledningsevnen gjorde det også.

"Fordi den termiske ledningsevne, når den er våd, er lineært relateret til antallet af gentagelser, vi kan programmere mængden af ​​termisk ledningsevne ind i materialet, " sagde Demirel. "Så, vi kunne lave bedre termoafbrydere, regulatorer og dioder, der ligner højtydende enheder til at løse problemerne i moderne teknologier såsom køling, data opbevaring, elektronik eller tekstiler. "

Når materialet vender tilbage til normal luftfugtighed eller lavere, kontakten slukker, og proteinet leder ikke længere varme så effektivt.