一部のウイルスは、病気、パンデミック、および死を引き起こします。しかし科学者たちは、少なくとも 1 種類のウイルスを有効に利用する新しい方法を発見しました。研究者チームは、細菌に感染するウイルスを利用して、機械エネルギーを電気に変換することで電力を生成しました。ウイルス パワー パックは、携帯電話や iPod を実行できるほど強力ではありません。しかし、微生物は人間に無害であるため、いつか体内の医療センサーに電力を供給するのに役立つことが証明されるかもしれません.
機械エネルギーを電気に、またはその逆に変換するデバイスは、新しいものではありません。それらは、1880 年に初めて発見された特定の結晶、タンパク質、さらには DNA の特性である「圧電効果」を利用しています。圧電材料は、分子の一方の端が他方の端よりも多くの正電荷を持つ分子で構成されています。これらの分子は、正の端がすべて一方向に面し、負の端が反対方向に面するように、繰り返し配列で一緒に固定されます。材料を圧縮すると、この分極が増加し、作業に使用できる電圧が生成されます。あるいは、電気を加えると、圧電材料の形状を変えることができます。今日、圧電体は、電気ライターから走査型トンネル顕微鏡まで、あらゆるものに使用されています。
現在使用されているほとんどの圧電発電機は、セラミックのチタン酸ジルコン酸鉛 (PZT) の結晶で作られています。 PZT は毒性があるため、近年、研究者は酸化亜鉛などの毒性のない代替品を開発しています。しかし、これらの代替品の中には、高価で製造が難しいものもあります。そのため、カリフォルニア大学バークレー校の生物工学者である Seung-Wuk Lee とその同僚、および近隣のローレンス バークレー国立研究所の同僚は、ウイルスが彼らを助けてくれるかどうかを調べることにしました。
アイデアは見た目ほど奇抜ではありません。テキサス大学オースティン校の大学院生だったリーは、特定の種類の無機半導体ナノ粒子に結合するファージと呼ばれるバクテリアに感染するウイルスを開発していました。彼はまた、ファージの構成要素である DNA と特定のタンパク質が圧電性であることも知っていました。そこで彼と彼の同僚は、圧電性ファージを探しに行きました。彼らは、M13 バクテリオファージと呼ばれるバクテリオファージを発見しました。このバクテリオファージの細い管状の外皮は、一端に正電荷、他端に負電荷を持つ約 2700 の棒状タンパク質のコピーで構成されています。ファージ内のタンパク質は、正の末端が中空のコアに傾いた状態で組み立てられます。これにより、ファージが感染中に細菌に注入する負に帯電した DNA を保持することができます。
ファージが電力を生成できるかどうかをテストするために、Lee と彼の同僚はまず、グルタミン酸と呼ばれる負に帯電したアミノ酸の追加のコピーを保持するようにウイルスのタンパク質を遺伝子操作しました。彼らは、タンパク質の負に帯電した末端にグルタミン酸を追加して、負の電荷を増加させ、圧電特性を高めました。発電機を作るために、研究者は1つの電極の上に数百万のこれらのファージのフィルムを置きました。ファージは自然に、平らに横たわり、並んで、すべて同じ方向を向いて集合します。
バークレーのチームは、圧電効果を高めるために、これらのバイラル フィルムをいくつか重ね合わせ、スタックに 2 番目の電極をかぶせました。研究者が今週 Nature Nanotechnology でオンラインで報告したように 上部電極を指で押すと、フィルム内のファージが十分に圧縮され、小さな液晶ディスプレイでナンバーワンを点灯できる電流が生成されました。
新しい発電機は、従来の圧電デバイスよりもはるかに少ない電力を生成します。それにもかかわらず、アトランタにあるジョージア工科大学の材料科学者である Zhong Lin Wang は、「ナノ発電機を生体構造に拡張する可能性を示しています。これは、血糖診断用の埋め込み型センサーなど、医療および生物学的応用にとって重要になる可能性があります」と述べています。糖尿病患者のレベル。それを可能にするために、リーと彼の同僚は現在、ウイルスの進化を指示して、ウイルスをより優れた発電機にするために取り組んでいます.
