Самая маленькая батарейка получилась из вируса
Американские учёные создали новую батарею, где в роли оболочки может выступать вирус диаметром всего несколько нанометров.
Такой источник питания можно методом штамповки нанести на любую электропроводящую поверхность, что открывает новые возможности в создании миниатюрных электронных устройств – например, для точечной доставки лекарств в организм.
Когда речь заходит о нанотехнологиях, обычно возникает ряд проблем, в первую очередь связанных со сложностью и дороговизной соответствующих гальванических элементов – роботам и прочим девайсам надо чем-то питаться!
Несколько лет назад физики обратили свой взор на паразитические частицы, которые, с одной стороны, живут при комнатной температуре, а с другой – могут образовывать весьма сложные наноразмерные структуры.
Мы уже писали о профессоре Анжеле Белчер (Angela Belcher) из лаборатории биомолекулярных материалов при Массачусетском технологическом институте (MIT Biomolecular Materials Laboratory) и её разработке – экспериментальной аккумуляторной пластине из оксида кобальта (это один из основных материалов для литиево-ионных батарей).
Тогда, напомним, учёные использовали «прилипательные» свойства бактерий и с их помощью сформировали пористую поверхность у электрода – от этого напрямую зависит удельная ёмкость и мощность батареи.
В итоге удалось запасти в два раза больше энергии, но вот создать интерфейс для взаимодействия элемента с проводником не удалось. Грубо говоря, накопленную энергию никак нельзя было использовать.
На сей раз доктору Белчер и её коллегам удалось создать шаблон-подложку из полидиметилсилоксана (polydimethylsiloxane — PDMS), широко применяемого органического полимера на основе кремния, и закрепить на ней вирус, который, в свою очередь, может служить матрицей для электродов.
Вот как в общих чертах проходил эксперимент.
Подложку PDMS толщиной в пять микрометров покрыли чередующимися слоями положительно и отрицательно заряженных электролитов.
Получился своеобразный колпачок высотой 150 нанометров, в который и «вживили» вирус – причём не простой, а модифицированный.
Посредством генной инженерии биочастице были сообщены такие свойства, что на её внешней оболочке находятся отрицательно заряженные аминокислоты – что и стимулирует «прилепляемость».
Диаметр вируса – шесть с половиной нанометров, длина – до нескольких сотен нанометров. На поверхности гальванического элемента вирусы «упакованы» завитушками, подобными узору на кончиках пальцев.
По утверждению разработчиков, это самая маленькая из существующих батареек (Nam et al./PNAS).
Затем всю конструкцию погрузили в раствор из ионов кобальта, взаимодействуя с которыми вирусы формируют миниатюрные батарейки.
По словам разработчиков, их главный успех – возможность наносить «вирусный» аккумулятор на любую проводящую поверхность – слой платины, например.
Для этого шаблон особым образом проштамповывается на поверхности, а потом PDMS-основа отслаивается – и получаются маленькие точечные гальванические элементы.
«Мы стали первыми, кому удалось проштамповать батарею», — радуется Пола Хаммонд (Paula Hammond), одна из участниц проекта.
С успехом американских учёных согласен и Ян ван Хест (Jan van Hest) из Центра молекулярных исследований в Неймегене (Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences). Однако, по его мнению, лишний слой, который добавляется при штамповке вирусных батарей, может сузить область применения наномеханизмов и снизить их эффективность.
Читайте также о бактерии, встроенной в электронный чип, и о прототипе биологического компьютера.
История одного аккумулятора. Вспухший Li-ion аккумулятор планшета.
