20.08.2008

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.

Профессор Анжела Белчер (Angela Belcher) из лаборатории биомолекулярных материалов при Массачусетском технологическом институте (MIT Biomolecular Materials Laboratory) разработала экспериментальную аккумуляторную пластину из оксида кобальта (это один из основных материалов для литиево-ионных батарей).

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".

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.

Источники:

1. MEMBRANA