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.
3 часа назад
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

Вчера, 15:24
5 минут
Илья Ведмеденко

Военно-морской флот получил многоцелевую атомную подводную лодку К-561 «Казань». Это один из самых совершенных кораблей такого типа в мире.

Позавчера, 17:46
17 минут
Александр Березин

SpaceX после затяжной серии аварий нормально посадила прототип Starship SN15. Огромная стальная ракета поднялась в воздух на десять километров, выполнила там сложные кульбиты, которые не могла сделать ни одна ракета ранее, а затем плавно опустилась вниз. Одни говорят, что это революция, другие — что «СССР так умел полвека назад». Кто прав и что будет дальше? Попробуем разобраться.

2 мая
62 минуты
Николай Цыгикало

Знаменитый ракетный комплекс «Искандер» стал одним из символов российской военной мощи. Он не покидает центра внимания экспертов и средств массовой информации, а его тактико-технические характеристики приводятся в каждом информационном ресурсе военной тематики. Но цифры цифрами, а что за ними? Посмотрим на работу «Искандера» с разных сторон, чтобы разобраться в принципах действия и логике конструктивных решений. Тогда глубина понимания позволит пройти дальше одних лишь цифр ТТХ, и при всей важности они окажутся не на первом месте. Наш материал — самый полный рассказ о работе «Искандера» в открытом доступе.

Позавчера, 17:46
17 минут
Александр Березин

SpaceX после затяжной серии аварий нормально посадила прототип Starship SN15. Огромная стальная ракета поднялась в воздух на десять километров, выполнила там сложные кульбиты, которые не могла сделать ни одна ракета ранее, а затем плавно опустилась вниз. Одни говорят, что это революция, другие — что «СССР так умел полвека назад». Кто прав и что будет дальше? Попробуем разобраться.

4 мая
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[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: