Отдел маркетинга
Волоконно-оптический кабель: optic@sarko.ru
Оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос: opgw@sarko.ru
Телефон
(8342) 47-38-13, 48-02-99, 48-03-55 | Телефоны служб

Использование бактерий для создания сверхтонких электрических проводов

Учёные находятся в постоянном поиске материалов, которые способны помочь в создании сверхтонких соединительных проводов и миниатюрных электронных устройств нового поколения. Используя генетически модифицированные обычные почвенные бактерии, команда американских учёных из Массачусетского университета в городе Амхерст (University of Massachusetts Amherst) при финансовой поддержке Управления военно-морских исследований (Office of Naval Research) создала нанопровода из бактерий. Как утверждают разработчики, модифицированные триптофаном нанопроводники способны передавать электроэнергию и обладают в 2000 раз лучшей проводимостью, а также намного тоньше и долговечнее, чем их натуральные (не модифицированные) аналоги. Диаметр таких проводов равен 1,5 нанометра, то есть в 60 000 раз тоньше человеческого волоса.

Миниатюризация электроники – не новая идея. По мере расширения функций и областей применения электронных устройств учёные всё больше стремятся создать технологию, которая была бы более компактной, более быстрой и более мощной, чем все существующие до неё. Прогресс в области нанотехнологий даёт возможность производить материалы, толщина которых составляет всего лишь миллиардные доли метра. Нанопровода могут оказать огромное влияние на будущее развитие технологий – от электронных устройств до альтернативных видов топлива.

Согласно информации, полученной от группы исследователей из Массачусетского университета, возглавляемой учёным-микробиологом д-ром Дереком Лавли (Derek Lovely), новые нанопроводники могут быть изготовлены при использовании возобновляемых «зелёных» источников энергии, таких как солнечная энергия, углекислый газ, промышленные отходы или отходы растительного происхождения. Они состоят из нетоксичных натуральных белков, и при их производстве не применяются агрессивные химические процессы, которые традиционно используются для создания наноэлектронных материалов. Исследования, проводимые д-ром Лавли, могут привести к разработке новых электронных материалов, которые будут способны удовлетворить растущий спрос на более компактные и более мощные вычислительные устройства, как полагает д-р Линда Криси (Linda Chrisey), координатор проекта из Управления военно-морских исследований, спонсируещего проводимые в Массачусетском университете исследовательские работы. Возможность производить исключительно тонкие проводники из экологически безопасных материалов имеет огромное значение с точки зрения потенциальных областей применения (электронные устройства, транзисторы и конденсаторы).

Около пятнадцати лет назад ученые заметили, что бактерии вида Geobacter (бактерии, которые живут в почве) под влиянием определённых факторов начинают производить белковые нанонити, богатые железосодержащими веществами, благодаря чему эти нити являются электрическими проводниками, хоть и имеющими достаточно высокое электрическое сопротивление. Д-р Дерек Лавли и его команда создали новые проводники, используя бактерии вида Geobacter, которые производят нанонити или нанопроводники, представляющие собой белковые нити толщиной, сравнимой с толщиной человеческого волоса. Используя эти бактерии, учёные изготовили электрические проводники из оксидов железа, которые поддерживают их рост в земле.

Природа бактерии Geobacter такова, что она проводит достаточно электричества для собственного выживания, но ток слишком слабый, чтобы его можно было использовать, хотя его и можно измерить с помощью электродов. Д-р Лавли и его коллеги модифицировали генетическое строение бактерий, заменив две из присутствующих в нитях аминокислот триптофаном («эта аминокислота обычно отвечает за сонливость, которую вы чувствуете после обеда в День благодарения»). Если человеку ввести вещество триптофан, то он почувствует сонливость и быстро заснет, но если ввести это же вещество бактериям, специально модифицированным на генетическом уровне, то они начнут производить крошечные электрические проводники, которые впоследствии смогут стать элементами не менее крошечных наноэлектронных схем. Триптофан оказывается эффективным средством транспортировки электронов на наноуровне.

Когда учёные узнали больше о том, как работают нанопроводники, произведенные бактериями, они решили, что можно усовершенствовать их природу. Они перестроили аминокислоты таким образом, чтобы произвести синтетический нанопроводник, который был бы более проводящим. Был выращен особый штамм бактерий Geobacter, в клетках которых содержался триптофан в достаточно высокой концентрации. Будучи включенным в белковые цепочки, это вещество, молекулы которого способны транспортировать электроны, существенно увеличило электрическую проводимость материала, производимого бактериями. Учёные надеялись, что Geobacter по-прежнему будет производить нанопроводники и удвоит их проводимость. Результаты эксперимента превзошли ожидания исследователей. Модифицированные триптофаном нанопроводники обладали удельной электрической проводимостью, которая была в две тысячи раз выше, чем у нанопроводников, произведенных не модифицированными бактериями. При этом новые нанопроводники были намного тоньше (диаметром около 1,5 нанометра – в шестьдесят тысяч раз тоньше человеческого волоса) и намного прочнее. Эти результаты означают, что тысячи нанопроводников можно потенциально разместить в самых ограниченных пространствах.

Потенциальные области применения для таких ультра-миниатюрных нанопроводников включают всё уменьшающиеся в размерах электронные и вычислительные устройства. В качестве примера можно привести медицинские датчики для мониторинга сердечного ритма или функции почек. Поскольку спонсором проекта исследований является Управление военно-морских исследований, возможен целый ряд потенциальных областей военного назначения. Нанопровода могут передавать электрический ток к специально выращенным микроорганизмам для выработки бутанола, альтернативного топлива, которое может быть полезным в таких удалённых местах, как Афганистан, где транспортные колонны с топливом часто подвергаются нападениям. В таких районах доставка топлива в войсковые соединения может стоить сотни долларов за галлон. Кроме того, нанопроводники могут также играть роль в электропитании чувствительных микроорганизмов, которые могут быть размещены на кремниевой микросхеме и прикреплены к автоматическим транспортным средствам с целью обнаружения загрязняющих агентов, токсичных химических веществ или взрывчатых веществ.

Для получения обычных нанопроводников, обладающих сравнимыми с бактериальными нанопроводниками размерами и электрическими характеристиками, требуются сложные технологические процессы, в которых используются достаточно токсичные материалы. Новый биологический способ производства нанопроводников из бактерий является экологически чистым и не оказывает никакого вреда окружающей среде.

Как полагает д-р Дерек Лавли, для удовлетворения растущих потребностей в производстве радиоэлектронных устройств требуются новые источники материалов высокой чистоты, поэтому специально модифицированные бактерии имеют большой шанс выступить в роли таких источников. Если ученым удастся разработать технологию, позволяющую использовать на практике нанопроводники из модифицированных бактерий, то из этих нанопроводников можно будет изготавливать электрические проводники, конденсаторы, транзисторы, другие компоненты электронных схем, вычислительных устройств, солнечных батарей и датчиков. Все электронные компоненты такого типа будут полностью биологически совместимы, и их можно будет использовать в устройствах медицинского назначения.





Архив новостей отрасли