Массачусетский технологический институт (MIT), лаборатория биомолекулярных материалов. Здесь под руководством профессора Анжелы Белчер работают не только сотрудники, но и вирусы. Используя передовые методы биоинженерии, ученые исследуют связь между органическими и неорганическими веществами, с целью использования новых технологий в медицине, электронике, наномеханике.
В журнале Science представлена одна из работ лаборатории – синтез нанопроводника на фаге. Многолетнее развитие технологии производства литиевых аккумуляторов убеждало, что на пути совершенствования электродов сделано все возможное. А.Белчер доказала обратное, удивив мир новой технологией, в которой передовые позиции занимают вирусы.
Существует ряд вирусов, на поверхности которых расположены специфические белки. Эти белки обосновывают способность вируса «прилипать» к неорганическим материалам, к их наночастицам. Именно это свойство положено в основу открытия. Чтобы управлять процессом, ученые применили генную инженерию. Вирусы были модифицированы так, чтобы процесс «прилипания» был под контролем.
Одним из самых интересных проектов является синтез с помощью вирусов литий-ионной батареи. Добавив последовательности нуклеотидов к ДНК вируса М 13, была создана его модификация, которая размножаясь в клетках, способна синтезировать специфические белки. Эти белки «не равнодушны» к ионам кобальта.
Одним из главных элементов современных литий-полимерных аккумуляторов является пластина из твердого полимера-электролита. Эту пластину поместили в раствор модифицированных вирусов. Вирусы «прилипли» к полимеру, после чего пластину погрузили в раствор с ионами кобальта, которые в свою очередь «прилипли» к вирусам. В результате реакции с водой образовался слой оксида кобальта, являющегося передовым материалом для электродов литий-полимерных и литий-ионных батарей.
Этот метод имеет огромные преимущества перед способом обычного изготовления пластин из оксида кобальта. Он обеспечивает идеально подходящие размеры и формы поверхности на микроуровне. Мощность и удельная емкость батарей зависит от того, насколько поверхность отлична от гладкой, какова её площадь, пористость и рыхлость.
Вирусы, в комплекте с молекулами оксида кобальта, образовали кристаллическую регулярную структуру, в результате чего параметры опытной батареи оказались в 2 раза выше обычной. Плотность энергии повысили ещё на 30%, когда к вирусу был добавлен фрагмент ДНК, способствующий синтезу белка, притягивающего частицы золота.
Метод, пока не пригодный для массового производства, имеет значительные преимущества: «сборка» электрода происходит при комнатной температуре, вирусы можно размножать в несметных количествах, модифицируя их для соединения с различными веществами. Теоретически вирусы смогут собрать не только электрод, но и всю батарею, а в будущем, возможно, транзисторы и микросхемы.