Белковые «нанопровода» позволили получать электричество прямо из воздуха — Naked Science
7 минут
Сергей Васильев

Белковые «нанопровода» позволили получать электричество прямо из воздуха

6.8

Проводящие белковые нанонити, заключенные между парой электродов, оказались способны непрерывно производить электричество из атмосферной влаги.

©UMass Amherst

Открытые в конце 1980-х почвенные бактерии Geobacter впервые обратили на себя внимание необычной способностью производить магнитные кристаллы железа при нехватке кислорода. Дальнейшее изучение этих микробов показало, что они используют электричество для окисления и утилизации органических веществ, а для создания направленного движения электронов производят проводящие ток «нанонити» из белковых молекул.

Команда профессора Массачусетского университета в Амхерсте Цзюнь Яо (Jun Yao) научилась изолировать эти «бактериальные провода», чтобы найти возможность их практического применения. В ходе такой работы обнаружилось, что, будучи заключенными между парой тонких золотых пластин, они непрерывно — часами — производят электричество буквально «из воздуха». Точнее говоря, из воды: для работы системы пластинки должны иметь неравные размеры, чтобы часть нанонитей могла взаимодействовать с атмосферной влагой.

В статье, опубликованной в журнале Nature, Яо и его соавторы пишут, что создающие ток электроны заимствовались действительно из молекул воды. Они не могли быть получены из золота, поскольку генерация электричества происходила и при использовании графеновых пластинок, которые не могут служить подходящими донорами электронов. Они не могли высвобождаться из молекул самих белков в процессе их разложения: белки оставались целыми. Однако снижение влажности воздуха снижало и генерацию тока.

Эксперименты показали, что максимальная производительность системы достигается при влажности около 45 процентов, хотя в принципе она продолжает работу и при довольно сухом воздухе, сравнимым с тем, что можно найти где-нибудь в Сахаре. Конденсируясь на верхней стороне устройства, вода взаимодействует с белками. Их проводящие и поверхностные свойства вызывают разложение воды на заряженные ионы. Заряды накапливаются, создавая разницу потенциалов и вызывая направленное движение свободных электронов — ток.

Многие детали этого процесса остаются неизвестными и требуют дальнейшего изучения. Тем не менее ученые уже продемонстрировали работоспособность устройства, получившего название Air-gen. Созданный ими прототип непрерывно производил «из воздуха» порядка 0,5 В: около 17 таких прототипов могли бы запитать мобильный телефон. По словам авторов, система поддерживала необходимый градиент влажности в слое белковых нанонитей и непрерывно работала в течение более чем двух месяцев.

Прототип Air-gen включает центральный слой белковых нанонитей толщиной 10 мкм, заключенный между двумя плоскими электродами: верхний покрывает их лишь частично, открывая путь для конденсирующейся влаги / ©Yao and Lovley Labs, UMass Amherst

Все это на порядки превышает возможности любых предыдущих аналогичных устройств. Разработчики Air-gen уверены, что система может быть легко масштабирована до реальных размеров и широко использоваться на практике. Тем более что для промышленного производства белковых «проводов» необязательно манипулировать капризными Geobacter: уже получены ГМ-линии обычной кишечной палочки, способные синтезировать такие же нанонити.

«Конечная цель — создание крупномасштабных систем, — говорит Цзюнь Яо. — К примеру, такая технология может быть интегрирована в краску для стен, которая заодно будет снабжать дом электричеством. Или же можно разработать отдельно стоящие генераторы, подающие ток в общую сеть. Я уверен, что как только мы отработаем промышленное производство нанонитей, будут созданы и крупномасштабные системы, которые внесут огромный вклад в развитие возобновляемой энергетики».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
28 февраля
75 минут
Редакция

Наверное, еще с того момента, как первые наши прапрапредки обрели сознание, человек боялся смерти и искал пути ее предотвратить или отсрочить. Древний человек жаждал утешения в представлениях о загробном мире, позже алхимики пытались изобрести зелья, которые помогли бы достичь бессмертия. С развитием науки ученые стремились понять, как работает наша смертность на клеточном уровне и еще глубже – и можно ли серьезно изменить отмеренный человеку век. Именно о теломерах часто говорят как о некоем секрете долголетия, том самом волшебном рычаге в ДНК, который может прибавить один-два десятка лет к нашей жизни. Так ли это?

Сегодня, 08:54
8 минут
Мария Азарова

Хотите увидеть ожившего Шекспира или подмигивающую вам госпожу Лизу дель Джокондо? С немного пугающей всех нас технологией deepfake это можно сделать всего за пару минут.

28 февраля
4 минуты
Мария Азарова

Айсберг по своим размерам почти в два раза превышает площадь Нью-Йорка. Хотя рекордсменом его и не назовешь (летом 2017 года от ледника Ларсена откололся действительно гигантский айсберг A68), ученые планируют продолжать наблюдения.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

24 февраля
10 минут
Мария Азарова

Ученые провели анализ по 353 профессиям и оценили, насколько различия в статусе потребления алкоголя можно объяснить родом занятий.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: