Pyrosähköä viruksista

Virukset liittyvät usein sairauksiin, mutta nyt Berkeley Engineering yliopiston tutkijat ovat raportoineet, että muokatut virukset voivat tuottaa sähköä altistuessaan lämmölle, mikä voi avata tietä seuraavan sukupolven biosensoreille ja diagnostisille työkaluille.

Tutkijat havaitsivat ensimmäistä kertaa "lämmön aiheuttaman sähköpotentiaalin muodostumisen viruksessa", ilmiöllä, joka tunnetaan pyrosähköisyytenä.

Tämä työ saattaa valaista sitä, kuinka biomateriaalit – solut, kudokset ja proteiinit – tuottavat sähköä molekyylitasolla sekä johtaa biomateriaalien kehittämiseen uusilla lääketieteellisillä, farmaseuttisilla, ympäristö- ja energiasovelluksilla.

"Tämän tutkimuksen avulla saimme arvokkaita näkemyksiä proteiinirakenteiden ja sähköisten ominaisuuksien välisestä suhteesta", sanoi biotekniikan professori Seung-Wuk Lee.

"Huomasimme, että kun levitämme lämpöä viruspartikkeleihin, ne läpikäyvät rakenteellisia muutoksia, jotka johtavat muutoksiin spontaanissa polarisaatiossa ja sähköpotentiaalin muodostumisessa."

Kiinnostus biosähköä – elävissä soluissa syntyvää sähköpotentiaalia – kohtaan on peräisin muinaisesta Egyptistä ja räjähti 1700-luvulla, kun Luigi Galvani havaitsi, että sähköstimulaatio voi saada aikaan lihasten supistumisen sammakon jaloissa.

Vaikka tieteellinen ymmärryksemme tästä ilmiöstä on parantunut huomattavasti vuosien varrella, kysymyksiä jää edelleen biomateriaalien monimutkaisuuden ja niiden tutkimiseen käytettävissä olevien rajallisten työkalujen vuoksi. Lee uskoo, että virukset voivat auttaa meitä löytämään vastauksia.

Lee ja hänen tiiminsä osoittivat ensimmäisen kerran muokatun M13-viruksen biosähköisen potentiaalin yli 10 vuotta sitten, jolloin raportoitiin näiden virusten pietsosähköisistä ominaisuuksista.

Ja vaikka M13-viruksilla ei ole suoraa kykyä aistia lämpöä, tutkijat olivat havainneet, että niissä tapahtuu rakenteellisia muutoksia vasteena lämpöärsykkeille. Nämä ominaisuudet saivat tutkijat epäilemään, että faageilla saattaa olla pyrosähköisiä ominaisuuksia.

"Uskomme monia mahdollisuuksia tälle teknologialle", sanoo professori Lee. "Se voi auttaa tasoittamaan tietä uusien biosähköisten materiaalien luomiseen käytettäväksi bioelektroniikassa ja energiankeruussa sekä uusissa biovaikutteisissa laitteissa."

Enemmän tällaisista solu- ja kvanttitason ilmiöistä voi lukea uusimmasta katsausartikkelista: Monenlaista pientä kvanttista ja nanoa

Aiheesta aiemmin:

Räjähtävää sähkövoimaa