Настройка материалов для достижения оптимальных оптических и электрических свойств становится обычным явлением. Теперь исследователи и производители могут настроить материалы на теплопроводность, используя белок, вдохновленный кальмарами, состоящий из множества повторов ДНК.
«Управление тепловым переносом в современных технологиях - охлаждении, хранении данных, электронике или текстиле - является нерешенной проблемой», - сказал Мелик Демирель, профессор инженерных наук и механики и директор Центра исследований передовых волоконных технологий в Пенсильвании. Состояние.«Например, большинство стандартных пластиковых материалов имеют очень низкую теплопроводность и являются теплоизоляционными материалами. Эти биоматериалы на основе кальмаров, над которыми мы работаем, имеют низкую теплопроводность при влажности окружающей среды, но их можно спроектировать так, чтобы их теплопроводность резко возросла.."
В этом случае увеличение зависит от количества тандемных повторов в белке и может быть в 4,5 раза больше, чем увеличение, наблюдаемое в обычных пластиках. Тандемные повторы - это повторяющиеся цепочки ДНК, встречающиеся в природе, в данном случае в кольцевых зубах кальмара.
Одним из возможных вариантов использования этой биопротеиновой пленки может быть покрытие ткани, особенно для спортивной одежды, говорят исследователи. Этот материал может быть совершенно удобным и уютным в повседневном использовании, но когда он действительно используется для активной деятельности, пот, выделяемый носителем, может «щелкнуть» термовыключатель и позволить ткани отводить тепло от тела пользователя.
Демирель и его команда разработали синтетические белки, построенные по образцу тандемных повторяющихся последовательностей. Они могут выбирать желаемое количество повторов и исследовать, как различные белки реагируют, в данном случае, на влагу.
«В условиях окружающей среды - влажности менее 35 процентов - теплопроводность этих белковых пленок не зависит от повторяющихся единиц или молекулярной массы и демонстрирует теплопроводность, аналогичную неупорядоченным полимерам и водонерастворимым белкам», - исследователи. доклад сегодня (13 августа) в Nature Nanotechnology.
Однако, когда пленки имеют более высокую молекулярную топологию, теплопроводность резко возрастает, когда они становятся более влажными, из-за высокой влажности, воды или пота. В сотрудничестве с командой Университета Вирджинии и NIST исследователи обнаружили, что по мере увеличения количества тандемных повторов увеличивалась и теплопроводность.
«Поскольку теплопроводность во влажном состоянии линейно связана с количеством повторов, мы можем запрограммировать величину теплопроводности материала», - сказал Демирель. «Таким образом, мы могли бы сделать более совершенные термовыключатели, регуляторы и диоды, похожие на высокопроизводительные устройства, для решения проблем в современных технологиях, таких как охлаждение, хранение данных, электроника или текстиль."
Когда материал возвращается к нормальной влажности окружающей среды или ниже, переключатель выключается, и белок больше не проводит тепло так эффективно.