Przełącznik termiczny wykryty w inżynierskich biomateriałach na bazie kalmara

Anonim

Strojenie materiałów pod kątem optymalnych właściwości optycznych i elektrycznych staje się powszechne. Teraz naukowcy i producenci mogą być w stanie dostroić materiały pod kątem przewodnictwa cieplnego za pomocą białka inspirowanego kalmarem wykonanego z wielu powtórzeń DNA.

"Kontrolowanie transportu termicznego w nowoczesnych technologiach - chłodnictwo, przechowywanie danych, elektronika lub tekstylia - jest nierozwiązanym problemem" - powiedział Melik Demirel, profesor nauk technicznych i mechaniki oraz dyrektor Centrum Badań nad Zaawansowanymi Technologiami Włókiennictwa w Penn State. "Na przykład, większość standardowych tworzyw sztucznych ma bardzo niskie przewodnictwo cieplne i są one izolatorami termicznymi.Te oparte na kaloriach materiały biologiczne, nad którymi pracujemy, mają niskie przewodnictwo w wilgotności otoczenia, ale mogą być zaprojektowane tak, że ich przewodność cieplna dramatycznie wzrasta. "

W tym przypadku wzrost zależy od liczby powtórzeń tandemowych w białku i może być 4, 5 razy większy niż wzrost obserwowany w konwencjonalnych tworzywach sztucznych. Powtórzenia tandemowe powtarzają ciągi DNA, które znajdują się w przyrodzie, w tym przypadku w zębach z kałamarnicy.

Jednym potencjalnym zastosowaniem tej folii z bioproteinami może być powłoka z tkaniny, zwłaszcza w przypadku odzieży sportowej - stwierdzili naukowcy. Materiał może być doskonale wygodny i przytulny w codziennym użytkowaniu, ale kiedy jest używany do ciężkiej aktywności, pot wytworzony przez użytkownika może "odwrócić" przełącznik termiczny i pozwolić tkaninie na usunięcie ciepła z ciała użytkownika.

Demirel i jego zespół zaprojektowali syntetyczne białka wzorowane na powtarzających się sekwencjach tandemowych. Są w stanie wybrać liczbę powtórzeń, których potrzebują i zbadać, jak różne białka reagują, w tym przypadku, na wilgoć.

"W warunkach otoczenia - mniej niż 35 procent wilgotności - przewodność cieplna tych białkowych filmów nie zależy od powtarzalnych jednostek lub masy cząsteczkowej i wykazuje podobne przewodnictwo cieplne dla nieuporządkowanych polimerów i nierozpuszczalnych w wodzie białek", stwierdzają naukowcy (Aug. 13) w Nature Nanotechnology.

Jednakże, gdy folie są zaprojektowane tak, aby miały wyższą topologię molekularną, przewodność cieplna skacze, gdy stają się one bardziej wilgotne, przez wysoką wilgotność, wodę lub pot. We współpracy z zespołem University of Virginia i NIST naukowcy odkryli, że wraz ze wzrostem liczby powtórzeń tandemowych, przewodność cieplna również się poprawiła.

"Ponieważ przewodnictwo cieplne w stanie mokrym jest liniowo powiązane z liczbą powtórzeń, możemy zaprogramować ilość przewodności cieplnej w materiale" - powiedział Demirel. "Moglibyśmy stworzyć lepsze przełączniki termiczne, regulatory i diody podobne do urządzeń o wysokiej wydajności, aby rozwiązać problemy w nowoczesnych technologiach, takich jak chłodzenie, przechowywanie danych, elektronika lub tekstylia".

Kiedy materiał powraca do normalnej wilgotności otoczenia lub mniejszej, przełącznik wyłącza się, a białko nie przewodzi ciepła tak skutecznie.

menu
menu