Πρόκειται για την πρώτη μικρή γεννήτρια που παράγει ηλεκτρικό ρεύμα μέσω χειραγώγησης των λεγόμενων πιεζοηλεκτρικών ιδιοτήτων ενός βιολογικού υλικού, όπως είναι οι ιοί. Το επίτευγμα ανοίγει το δρόμο για μικροσκοπικές συσκευές που θα τροφοδοτούνται από βιολογικής προέλευσης πηγές ενέργειας, τις οποίες ο καθένας θα φέρει συνεχώς πάνω του.
Έρχεται έτσι π.χ. ένα βήμα πιο κοντά κάτι που ως τώρα εθεωρείτο επιστημονική φαντασία: να φορτίζει κανείς το κινητό τηλέφωνό του απλώς με το να περπατά έχοντας στη σόλα του παπουτσιού του ενσωματωμένη μία μικροσκοπική βιο-γεννήτρια λεπτή σαν φύλλο χαρτιού (οι ιοί απλώνονται πάνω σε ένα τέτοιο «φιλμ»). Η ανακάλυψη θα μπορούσε να έχει πολλές ακόμα εφαρμογές στο μέλλον.
Οι ερευνητές του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας – Μπέρκλεϊ και του Εθνικού Εργαστηρίου Λόρενς Μπέρκλεϊ του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, μ’ επικεφαλής τον καθηγητή βιολογικής μηχανικής Σέουνγκ-Γουκ Λι, που δημοσίευσαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό νανοτεχνολογίας “Nature Nanotechnology”, δημιούργησαν μια μικροσκοπική βιολογική γεννήτρια που παράγει αρκετό ρεύμα για μια μικρή οθόνη υγρών κρυστάλλων.
Η συσκευή δουλεύει με την άσκηση πίεσης με το δάχτυλο πάνω σε ένα ηλεκτρόδιο μεγέθους γραμματοσήμου, το οποίο είναι επικαλυμμένο με γενετικά τροποποιημένους ιούς, οι οποίοι μετατρέπουν την δύναμη της πίεσης σε ηλεκτρικό φορτίο, με βάση το λεγόμενο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.
Ο πιεζοηλεκτρισμός, που ανακαλύφθηκε το 1880, δημιουργείται από τη συσσώρευση ηλεκτρικού φορτίου σ’ ένα στερεό υλικό, ως αντίδραση στην μηχανική πίεση που ασκείται πάνω του. Το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο έχει παρατηρηθεί σε κρύσταλλα, κεραμικά, οστά, πρωτεΐνες, ακόμα και το ίδιο το DNA, ενώ ήδη έχει διάφορες εφαρμογές. Όμως τα χρησιμοποιούμενα υλικά για την κατασκευή των πιεζοηλεκτρικών συσκευών συχνά θεωρούνται τοξικά, πράγμα που εμποδίζει την ευρεία εξάπλωση αυτής της τεχνολογίας.
Όπως ανέφεραν οι ερευνητές, χρειάζονται περαιτέρω έρευνες για τη βελτίωση της πρωτοποριακής τεχνολογίας, η οποία υπόσχεται να αξιοποιήσει ένα μη τοξικό εναλλακτικό υλικό, τους αβλαβείς ιούς. Οι επιστήμονες εργάστηκαν με τον ραβδοειδή βακτηριοφάγο ιό Μ13 που επιτίθεται μόνο σε άλλους μικροοργανισμούς και όχι στον άνθρωπο. Ως ιός, πολλαπλασιάζεται ταχύτατα δημιουργώντας εκατομμύρια αντίγραφά του σε λίγες μόνο ώρες, συνεπώς παρέχει μια σταθερή πρώτη ύλη για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Επίσης η γενετική τροποποίησή του είναι εύκολη υπόθεση, όπως και η εύτακτη τοποθέτησή του σε ένα πολύ λεπτό φιλμ.
Οι ερευνητές έδειξαν σε νανοκλίμακα -με τη βοήθεια ενός ειδικού πολύ ισχυρού μικροσκοπίου- ότι αυτό το βιοφίλμ των ιών έχει και πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες, οι οποίες βελτιώνονται ανάλογα με τη γενετική τροποποίηση του ιού, η οποία ενισχύει την τάση (βολτάζ) του. Οι επιστήμονες αύξησαν την ενεργειακή αποδοτικότητά του περαιτέρω, τοποθετώντας διαδοχικά στρώματα του φιλμ των ιών το ένα πάνω στο άλλο και διαπίστωσαν ότι 20 απανωτά φύλλα (φιλμ) παράγουν το ισχυρότερο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.
Οι ερευνητές πήραν το φιλμ με τα αλλεπάλληλα στρώματα ιών (με έκταση ένα τετραγωνικό εκατοστό) και το έκαναν «σάντουιτς» ανάμεσα σε δύο επιχρυσωμένα ηλεκτρόδια, τα οποία στη συνέχεια συνδέθηκαν με σύρματα με μια μικρή οθόνη υγρών κρυστάλλων. Όταν ασκούσαν με το δάχτυλό τους πίεση σε αυτή την ασυνήθιστη γεννήτρια ιών, παράγονταν έως 6 νανοαμπέρ ρεύματος και 400 millivolt, αρκετή ενέργεια για να εργαστεί η οθόνη (το παραγόμενο ρεύμα είναι περίπου το ένα τέταρτο του βολτάζ μίας μπαταρίας ΑΑΑ).
Link: Για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία στη διεύθυνση:
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2012.69.html
