Het afstemmen van materialen voor optimale optische en elektrische eigenschappen wordt gemeengoed. Nutsvoorzieningen, onderzoekers en fabrikanten kunnen materialen mogelijk afstemmen op thermische geleidbaarheid door een op inktvis geïnspireerd eiwit te gebruiken dat is gemaakt van meerdere DNA-herhalingen.

"Het beheersen van thermisch transport in moderne technologieën - koeling, gegevens opslag, elektronica of textiel—is een onopgelost probleem, " zei Melik Demirel, hoogleraar technische wetenschappen en mechanica en directeur, Centrum voor onderzoek naar geavanceerde vezeltechnologieën in Penn State. "Bijvoorbeeld, de meeste standaard plastic materialen hebben een zeer lage thermische geleidbaarheid en zijn thermische isolatoren. Deze op inktvis gebaseerde biomaterialen waar we aan werken, hebben een lage geleidbaarheid bij luchtvochtigheid, maar ze kunnen zo worden ontworpen dat hun thermische geleidbaarheid dramatisch toeneemt."

In dit geval, de toename is afhankelijk van het aantal tandemherhalingen in het eiwit, en kan 4,5 keer groter zijn dan de toename in conventionele kunststoffen. Tandemherhalingen zijn herhalende DNA-strengen die in de natuur voorkomen, in dit geval, in inktvis ring tanden.

Een mogelijk gebruik van deze bio-eiwitfilm kan zijn als textielcoating, speciaal voor sportkleding, aldus de onderzoekers. Het materiaal kan perfect comfortabel en gezellig zijn in het dagelijks gebruik, maar wanneer het daadwerkelijk wordt gebruikt voor zware activiteiten, het zweet dat door de drager wordt geproduceerd, kan de thermische schakelaar "omdraaien" en de stof de warmte van het lichaam van de drager laten verwijderen.

Demirel en zijn team hebben synthetische eiwitten ontworpen die zijn gemodelleerd op tandem herhalende sequenties. Ze kunnen het aantal herhalingen kiezen dat ze willen en onderzoeken hoe de verschillende eiwitten reageren, in dit geval, aan vocht.

"Onder omgevingsomstandigheden - minder dan 35 procent vochtigheid - is de thermische geleidbaarheid van deze eiwitachtige films niet afhankelijk van herhaalde eenheden of molecuulgewicht, en vertonen vergelijkbare thermische geleidbaarheid als ongeordende polymeren en in water onoplosbare eiwitten, " rapporteren de onderzoekers vandaag (13 aug.) in Natuur Nanotechnologie .

Echter, wanneer de films zijn ontworpen om een ​​hogere moleculaire topologie te hebben, de thermische geleidbaarheid springt als ze natter worden, door een hoge luchtvochtigheid, water of zweet. In samenwerking met het team van de Universiteit van Virginia en NIST, de onderzoekers ontdekten dat naarmate het aantal tandemherhalingen toenam, de thermische geleidbaarheid deed het ook.

"Omdat de thermische geleidbaarheid in natte toestand lineair gerelateerd is aan het aantal herhalingen, we kunnen de hoeveelheid thermische geleidbaarheid in het materiaal programmeren, "zei Demirel. "Dus, we zouden betere thermische schakelaars kunnen maken, regelgevers en diodes vergelijkbaar met krachtige apparaten om de problemen op te lossen in moderne technologieën zoals koeling, gegevens opslag, elektronica of textiel."

Wanneer het materiaal terugkeert naar de normale luchtvochtigheid of lager, de schakelaar gaat uit, en het eiwit geleidt de warmte niet meer zo efficiënt.