دانشمندان آزمایشگاه برکلی راهی برای تولید برق از ویروس‌های بی‌ضرری که انرژی مکانیکی را به برق تبدیل می‌کنند، یافته‌اند. این راهبرد جدید نویدبخش مراحل ابتدایی ساخت افزاره‌های کوچکی است که از فعالیت‌های روزانه انرژی الکتریکی تولید می‌کند.
تولید الکتریسیته از ویروس‌ها توسط دانشمندان
|
تصور کنید که با کمک شارژری که در لایه زیری کفش شما کار گذاشته شده و ضخامت آن به نازکی یک کاغذ است، بتوانید در هنگام راه رفتن تلفن همراه خود را شارژ کنید. این داستان تخیلی اکنون کمی به واقعیت نزدیک شده است. دانشمندان آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی در وزارت انرژی آمریکا (آزمایشگاه برکلی) راهی برای تولید برق از ویروس‌های بی‌ضرری که انرژی مکانیکی را به برق تبدیل می‌کنند، یافته‌اند.
این راهبرد جدید نویدبخش مراحل ابتدایی ساخت افزاره‌های کوچکی است که از فعالیت‌های روزانه انرژی الکتریکی تولید می‌کند. این مولد، اولین وسیله‌ای است که خواص پیزوالکتریک مواد بیولوژیکی را کنترل و مهار می‌کند.
این مرحله اساسی می‌تواند منجر به ساخت افزاره‌های کوچکی شود که انرژی الکتریکی را از لرزش‌های ناشی از حرکات روزانه نظیر بستن یک در یا بالا رفتن از نردبان جمع‌آوری نماید. موادی که برای ساخت افزاره‌های پیزوالکتریک مورد استفاده قرار می‌گیرند سمی بوده و کار کردن با آنها بسیار مشکل بوده و در نتیجه استفاده گسترده از آنها با محدودیت مواجه شده است.
باکتری‌خوار M13 با طول ۸۸۰ نانومتر و قطر ۶/۶ نانومتر با حدود ۲۷۰۰ پروتئین شارژ شده پوشیده شده و دانشمندان را قادر می‌سازد که از این ویروس به عنوان یک نانورشته پیزوالکتریک استفاده نمایند.
لی و همکارانش از اینکه یک ویروس راه بهتری برای ساخت افزاره‌های پیزوالکتریک نشان می‌دهد، شگفت‌زده شدند. باکتری‌خوار M13 تنها به باکتری حمله می‌کند و برای انسان خطرناک نیست. پژوهشگران آزمایشگاه برکلی ابتدا باید پیزوالکتریک بودن ویروس M13 را بررسی می‌کردند.
آنها یک میدان مغناطیسی را بر روی لایه‌ای از ویروس‌های M13 اعمال کرده و آنچه را که اتفاق می‌افتد را توسط میکرسکوپ ویژه‌ای مشاهده کردند. پروتئین‌های فنری شکلی که به دور ویروس پیچیده شده و آن را پوشانده، در میدان الکتریکی شروع به گردش کردند و این در عمل نشانه‌ای مطمئن از اثر پیزوالکتریک بود.
سپس دانشمندان توان پیزوالکتریک این ویروس را افزایش دادند. آنها از باقیمانده چهار آمینواسید شارژ شده با بار منفی استفاده کرده و با کمک مهندسی ژنتیک آنها را به انتهای پروتئین‌های فنری‌شکلی که این ویروس را پوشانده‌اند، افزودند. این باقیمانده‌ها اختلاف بار بین انتهای مثبت و منفی پروتئین را افزایش داده و ولتاژ ویروس را تقویت می‌کنند.
این دانشمندان با افزودن تک‌لایه‌های ویروس بر روی هم و تشکیل لایه‌ای ترکیبی سیستم پیشرفته‌تری را ایجاد کردند. آنها دریافتند ترکیبی با بیست لایه، اثر پیزوالکتریکی قوی‌تری از خود نشان می‌دهد. تنها مورد باقیمانده، تست عملکرد است لذا این دانشمندان یک مولد پیزوالکتریک انرژی بر پایه ویروس ساختند. آنها شرایطی را ایجاد کردند که ویروس‌های مهندسی شده با مهندسی ژنتیک به صورت خودبخود فیلمی چندلایه‌ای با سطح حدود یک سانتی‌متر مربع ایجاد نمایند. سپس این فیلم بین دو صفحه طلا به عنوان دو الکترود مانند ساندویچ پیچیده شده و آنگاه الکترودها توسط سیم به صفحه نمایش کریستال مایع متصل گردیدند.
زمانی که به این مولد فشار اعمال می‌گردد، جریانی در حدود شش نانوآمپر و اختلاف پتانسیلی معادل چهارصد میلی‌ولت ایجاد می‌شود. این مقدار انرژی برای روشن شدن عدد «۱» بر روی صفحه نمایش کافی است و تقریبا معادل یک چهارم ولتاژ سه عدد باطری A می‌باشد. این دانشمندان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر کرده‌اند. |
