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科学家用蛋白质纳米线制作新的“绿色”电子聚合物薄膜

发布时间:2019-02-24 10:54:31 来源:

研究领导者微生物学家Derek Lovley和聚合物科学家Todd Emrick表示,马萨诸塞州阿默斯特大学的一个跨学科科学家团队已经开发出一种新的电子材料,可能会导致生物医学和环境感知的“绿色”,更可持续的未来。

他们表示,他们的新工作表明,可以将蛋白质纳米线与聚合物结合,生产出柔韧的电子复合材料,保留了蛋白质纳米线的导电性和独特的感应能力。结果出现在Small杂志上。

Lovley说,蛋白质纳米线在硅纳米线和碳纳米管方面具有许多优势,包括它们的生物相容性,稳定性以及可以被修饰以检测各种生物分子和医学或环境感兴趣的化学物质的潜力。然而,这些传感器应用要求将蛋白质纳米线结合到适于制造可穿戴传感装置或其他类型电子装置的柔性基质中。

正如Lovley解释的那样,“我们已经研究了蛋白质纳米线的生物学功能已有十多年了,但直到现在我们才能看到它们在电子器件的实际制造中的应用前景。” 博士后研究现在在德克萨斯大学奥斯汀分校的Yun-Lu Sun发现了将蛋白质纳米线与非导电聚合物混合以产生导电复合材料的适当条件。他证明,虽然电线是由蛋白质制成的,但它们非常耐用,易于加工成新材料。

“另一个优势是蛋白质纳米线是一种真正的'绿色'可持续材料,”Lovley补充道。“我们可以用可再生原料生长的微生物大规模生产蛋白质纳米线。更传统的纳米线材料的制造需要高能量输入和一些非常讨厌的化学物质。” 相比之下,他说,“蛋白质纳米线比硅线更薄,不像硅在水中稳定,这对生物医学应用非常重要,例如检测汗液中的代谢物。”

Emrick补充道,“这些电子蛋白纳米线与聚合物纤维具有惊人的相似性,我们正试图弄清楚如何最有效地将两者结合起来。”

在他们的概念验证研究中,蛋白质纳米线在引入聚合物聚乙烯醇时形成导电网络。该材料可以用苛刻的条件处理,例如加热,或极端的pH值,如高酸度,可能会破坏蛋白质基复合材料,但它仍然能够很好地工作。

嵌入聚合物中的蛋白质纳米线的电导率响应于pH而显着变化。“这是一个重要的生物医学参数诊断一些严重的医疗条件,”洛夫利解释说。“我们还可以用我们期望的方式对蛋白质纳米线的结构进行遗传修饰,从而能够检测出广泛的其他生物医学分子。”

导电蛋白纳米线是30多年前Lovley在波托马克河泥中发现的微生物Geobacter的天然产物。Geobacter使用蛋白质纳米线与其他微生物或矿物质进行电连接。他指出,“像Todd Emrick和Thomas Russell这样的材料科学专家在我们的团队中应该将蛋白质纳米线引入材料领域。这不仅仅是泥浆了。”

Lovley说,在这项由UMass Amherst校园基金支持的探索性研究工作中,协作材料 - 微生物学团队的后续步骤包括扩大纳米线 - 聚合物基质的生产。

他指出,“材料科学家需要比我们习惯制造更多的纳米线。我们正在为我们的生物学研究制作简单的东西。他们需要满满的水桶,因此我们现在专注于生产更多的纳米线和定制纳米线所以他们会回应其他分子。“ 研究人员还申请了一项关于用蛋白质纳米线制成的导电聚合物的专利。

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