Veel peptiden en eiwitten hebben een aangeboren vermogen om te assembleren tot lange, slanke vezels genaamd fibrillen en andere vormen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben een manier gevonden om deze eigenschap te benutten om buisvormige structuren van difenylalanine te creëren die het vermogen hebben om thermische energie om te zetten in elektrische energie, ook wel een pyro-elektrisch effect genoemd. hun resultaten, deze week gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven , melden dat deze polymeren op nanoschaal, die biocompatibel zijn, zou een breed scala aan biologische toepassingen kunnen hebben, zoals voor steigers voor medicijnafgifte of miniatuur implanteerbare sensoren.

Het team van onderzoekers van de Technische Universiteit van Istanbul in Turkije, de Universiteit van Aveiro in Portugal, en de Ural Federal University in Rusland vertrouwden op difenylalanine, een materiaal dat ze eerder hebben bestudeerd vanwege zijn unieke elektromechanische en fysieke eigenschappen. Wanneer druppels van een oplossing van difenylalanine worden gedroogd, peptidemonomeren vormen langwerpige holle buizen die qua structuur vergelijkbaar zijn met de onoplosbare vezels gevormd door Aβ-amyloïde peptide bij de ziekte van Alzheimer.

"Difenylalanine is een van de eerste zelfassemblerende organische materialen die kan worden gebruikt om microscopisch kleine buisjes te maken, staven, linten, sferen en meer, " zei Andrei Kholkin, corresponderende auteur van het onderzoek. "In de aanwezigheid van water, zijn chemische groepen organiseren zichzelf om niet-covalente bindingen te maken en vormen verbazingwekkend rigide, cytoskeletachtige structuren."

Het team van onderzoekers droogde een standaard peptide-oplossing gedurende een dag bij kamertemperatuur om difenylalanine te laten assembleren tot microbuisstructuren, met individuele buizen tot 1 millimeter lang en 1-3 micrometer breed in diameter. Om de door de constructies geproduceerde stroom te vergroten, de groep creëerde bundels van verschillende microbuisjes en plaatste ze tussen naaldelektroden om de eigenschappen van de structuren te meten.

Ze verwarmden de structuren periodiek met een laser, veranderde de temperatuur om ongeveer 80 graden C te bereiken en berekende vervolgens de pyro-elektrische coëfficiënt, wat een maat is voor hoe effectief een materiaal warmte kan omzetten in elektrische energie. Hoewel de pyro-elektrische capaciteit van de microbuisjes aanvankelijk veranderlijk was - eenmaal verwarmd en afgekoeld, de coëfficiënt daalde met ~30 procent - ze bleven stabiel na de eerste verwarming. De verandering kan zijn omdat verwarming ervoor zorgde dat watermoleculen in de holle buizen ontregeld raakten, suggereren de auteurs.

"Dit is de eerste waarneming van een significant pyro-elektrisch effect in peptide-microbuisjes vergelijkbaar met wat wordt gezien met halfgeleidermaterialen zoals zinkoxide of aluminiumnitride, ' zei Kholkin. 'In principe, onze peptidenanobuisjes kunnen op dezelfde manier als deze materialen voor verschillende toepassingen worden gebruikt."

In eerdere onderzoeken is de groep heeft aangetoond dat deze nanobuisjes piëzo-elektrische effecten hebben, dat wil zeggen ze zetten mechanische krachten om in elektrische signalen en kunnen worden gebruikt als sensoren voor pacemakers of andere kleinschalige elektronische apparaten.

De nieuw ontdekte pyro-elektrische eigenschappen zullen de potentiële toepassingen voor difenylalanine-microbuisjes verbreden, volgens Kholkin. Bijvoorbeeld, de structuren zouden kunnen worden gebruikt om kleinschalige oogstmachines voor thermische energie te maken, die energie kunnen wegvangen die verloren is gegaan in micro-elektronische apparaten. In aanvulling, hun pyro-elektrische eigenschappen kunnen worden gebruikt om thermometers op microschaal en nanoschaal te ontwikkelen die temperatuurvariatie detecteren, in plaats van de absolute temperatuur van een cel.

"Omdat deze buizen elektriciteit kunnen opwekken bij temperatuur- en bewegingsveranderingen, ze kunnen worden gebruikt om levende cellen te stimuleren en te volgen, ' zei Kolkin.