Новости химической науки > Шкурка кальмара для биоэлектроники

Исследователи из Калифорнии обнаружили, что белок из кожи кальмара является хорошим проводником протонов. Используя надёжный и простой в изготовлении материал, они получили транзистор протонов, который, по их словам, может использоваться в качестве непосредственного интерфейса между электронными и биологическими системами [1].

Протоны могут перемещаться по сети водородных связей между молекулами воды или других веществ в соответствии с механизмом, который впервые был предложен около двух сотен лет назад. Живые организмы используют протоны и другие ионы для передачи электрических сигналов, позволяя нервной системе регулировать ряд процессов, например, сокращение мускульной ткани. Ионная проводимость растворов электролитов является серьезным вызовом для специалистов по биоэлектронике – дело в том, что традиционные электронные технологии основаны на материалах, способных только к электронной проводимости.

Рисунок из Nat. Chem., 2014, DOI:10.1038/nchem.1960

Ранее Марко Роланди (Marco Rolandi) с коллегами из Университета Вашингтона в Сиэтле продемонстрировали протонный транзистор, изготовленный из полисахарида – малеинового эфира хитозана [2]. Несмотря на то, что прототип устройства работал хорошо, ту подстройку свойств материала, которая сформировалась в живых материала в ходе эволюции и которая необходима для придания материалу специфических свойств.

Алон Городецкий (Alon Gorodetsky) с коллегами из Университета Калифорнии (Ирвин) предположил, что протонные транзисторы можно изготовить из белков. Известно, что кальмары могут менять окраску, маскируясь под объекты окружающей среды, цвет его кожи также может меняться под воздействием электрического тока. Эти обстоятельства воодушевили исследователей изучить электронные свойства белка-рефлектина, содержащегося в коже кальмара.

Исследователи получили значительное количество белка-рефлектина, перепрограммировав генетический аппарат E.coli, в результате такого перепрограммирования бактерия смогла выделять и очищать этот белок. Затем они нанесли тонкие пленки из рефлектина на поверхность кремния, поместили на противолежащие стороны электроды и измеряли зависимость силы тока от напряжения в различных условиях. Было обнаружено, что рефлектин проводит протоны, как и многие искусственные материалы, обладающие протонной проводимостью, например – металлоорганические каркасные структуры.

Исследователи получили протонный транзистор, используя в качестве электрода затвора кремниевую подложку. Приложение напряжения к электроду затвору позволяет добавлять или удалять протоны к пленке из рефлектина, что позволяет модулировать его электропроводность по механизму, аналогичному тому, в соответствии с которым в биологических системах управляются некоторые ионные каналы. Городецкий уверен, что на такой системе можно будет закрепить отдельную клетку и изучить, как будет реагировать клетка (или наоборот – устройство) на входящий или исходящий поток ионов.

Источники: [1] Nat. Chem., 2014, DOI:10.1038/nchem.1960; [2] Nat. Commun., 2014, DOI: 10.1038/ncomms148

метки статьи: #биохимия, #новые материалы, #электрохимия