پرتال جامع ستاد توسعه زیست فناوری
۱۹ بهمن ۱۴۰۱

فيلم‌های الکترونیکی جدید بر پایه کامپوزیت‌های پلیمری نانوسيم‌های پروتئينی

2176
0
شنبه, ۱۷ آذر ۱۳۹۷
نرگس اقبالی

بنا بر گزارش مجله Small، گروهی از پژوهشگران دانشگاه ماساچوست آمهرست (Massachusetts Amherst)، گونه جدیدی از مواد الکترونیکی تولید کرده‌اند. این مواد کامپوزیتی انعطاف‌پذیر، از ترکیب نانوسیم‌های پروتئینی حاصل از ژئوباکترها (Geobacter) با یک پلیمر تهیه شدند. پژوهشگران مسئول این پروژه، درک لاولی (Derek Lovley) -میکروب‌شناس- و تاد امریک (Todd Emrick) -دانشمند علوم پلیمر- معتقدند که این مواد جدید می‌تواند زمینه را برای راه‌اندازی سیستم‌های سنجش پایدار و زیست‌سازگار در زمینه‌های زیست‌پزشکی و زیست‌محیطی فراهم کند.




نانوسیم‌های پروتئینی هدایت الکتریکی، محصول طبیعی از میکروارگانیسم ژئوباکتر، سال‌ها پیش توسط لاولی در لجن رودخانه کشف شدند. ژئوباکتر از نانوسیم‌های پروتئینی برای ایجاد اتصالات الکتریکی با سایر میکروب‌ها یا مواد معدنی استفاده می‌کند. یوآن‌لو سان (Yun-Lu Sun) -محقق پسادکترا در دانشگاه تگزاس- شرایط مناسب ترکیب نانوسیم‌های پروتئینی با پلیمر نارسانا را برای تولید مواد کامپوزیتی الکتریکی رسانا کشف کرد. وی نشان داد این سیم‌های ساخته شده از پروتئین بسیار بادوام هستند.




به ‌گفته لاولی: "نانوسیم‌های پروتئینی نسبت به نانوسیم‌های سیلیکونی و نانولوله‌های کربنی به ‌لحاظ سازگاری زیستی، پایداری و توانایی انطباق در سنجش طیف وسیعی از زیست مولکول‌ها، مواد شیمیایی دارویی و زیست‌محیطی دارای مزایای بسیاری هستند. برنامه‌های کاربردی سنسور برای ساخت دستگاه‌های سنجش پوششی و انواع دیگر دستگاه‌های الکترونیکی نیازمند قرارگیری و به‌ هم پیوستن نانوسیم‌های پروتئینی در یک ماتریس انعطاف‌پذیر مناسب است. با وجود مطالعه بسیار در زمینه بررسی عملکرد بیولوژیک نانوسیم‌های پروتئینی، در حال حاضر تنها مسیری برای استفاده از آن‌ها در ساخت دستگاه‌های الکترونیکی فراهم شده است."




مزیت دیگر این نانوسیم‌های پروتئینی، سازگاری زیستی و پایداری آن‌ها است. این نانوسیم‌های پروتئینی را می‌توان با رشد میکروب‌ها با مواد خام تجدید پذیر به صورت انبوه تولید کرد. تولید بیشتر مواد نانوسیم رایج، نیازمند منابع انرژی بالا و برخی مواد شیمیایی بسیار نامطبوع است. از سوی دیگر، نانوسیم‌های پروتئینی نازک‌تر از سیم‌های سیلیکونی و بر خلاف سیلیکون در آب پایدار هستند. این مزیت در کاربردهای زیست‌پزشکی مانند تشخیص متابولیت‌ها در عرق بسیار مهم است.




امریک افزود: "این نانوسیم‌های پروتئینی الکترونیکی شباهت شگفت‌انگیزی به الیاف پلیمری دارند . ما در تلاش برای کشف نحوه ترکیب آن‌ها به مؤثرترین شکل هستیم. در مطالعات اثبات مفهومی این پژوهش، یک شبکه هدایت الکتریکی از قرارگیری نانوسیم‌های پروتئینی در پلیمر پلی‌وینیل الکل تهیه شد. این مواد بر خلاف انتظار، در شرایط سخت مانند گرما و pH شدید مانند اسیدیته بالا نیز هم‌چنان به‌خوبی کار می‌کنند."




هدایت نانوسیم‌های پروتئینی تعبیه شده در پلیمر به ‌طور چشمگیری در پاسخ به pH تغییر می‌کند. به گفته پژوهشگران، این یک پارامتر تشخیصی مهم زیست‌پزشکی در برخی شرایط جدی پزشکی است. از سویی با توانمندی تغییر ساختار نانوسیم‌های پروتئینی به صورت ژنتیکی، تشخیص طیف وسیعی از سایر مولکول‌های مهم زیست‌پزشکی نیز امکان‌پذیر می‌شود.




در حال حاضر تمرکز این پژوهش بر تولید مقادیر بیشتر و مناسب‌سازی نانوسیم‌ها جهت پاسخ به سایر مولکول‌ها است. درخواست ثبت اختراع این ایده نیز انجام شده است.

برچسب:

نظرات