Открытие пироэлектричества, индуцируемого нагревом в вирусах, может проложить путь к новым устройствам, вдохновленным биологией.

Вирусы часто ассоциируются с болезнями, но многие вирусы полезны, например, бактериофаги, которые поедают вредные, устойчивые к антибиотикам бактерии. Теперь исследователи из Беркли сообщили, что сконструированные вирусы также могут вырабатывать электричество при воздействии тепла, и это открытие может проложить путь к биосенсорам и диагностическим инструментам следующего поколения.

Как сообщается в журнале Advanced Materials, исследователи впервые обнаружили «генерацию электрического потенциала, индуцируемого нагревом в вирусе», явление, известное как пироэлектричество.

Эта работа может пролить свет на то, как биоматериалы — клетки, ткани и белки — вырабатывают электричество на молекулярном уровне и привести к разработке биоматериалов с новыми медицинскими, фармацевтическими, экологическими и энергетическими применениями.

«Благодаря этому исследованию мы получили ценную информацию о взаимосвязи между структурами белка и электрическими свойствами», — сказал главный исследователь Сын-Вук Ли, профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Беркли и научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.

«Мы обнаружили, что, когда мы воздействуем теплом на вирусные частицы, они претерпевают структурные изменения, которые приводят к изменениям в спонтанной поляризации и генерации электрического потенциала», — добавил он.

Интерес к биоэлектричеству — электрическому потенциалу, генерируемому в живых клетках, — восходит к древнему Египту и резко возрос в 18 веке, когда Луиджи Гальвани обнаружил, что электрическая стимуляция может вызывать сокращение мышц в лягушачьих лапках.

Хотя научное понимание этого явления значительно улучшилось с годами, остаются вопросы из-за сложности биоматериалов и ограниченных инструментов, доступных для их изучения. Ли считает, что вирусы могут помочь нам ответы.

«Вирусы обладают некоторыми замечательными свойствами, которые делают их идеальной модельной системой для изучения связей между структурой и функцией в производстве биоэлектричества», — сказал Ли. «К ним относится способность к быстрому самовоспроизведению в огромных масштабах, эволюции и – из-за их идентичной формы и материала — самосборке, как палочки для еды в коробке».

Ли и его команда впервые продемонстрировали биоэлектрический потенциал сконструированного вируса M13 более 10 лет назад. Исследователи сообщили о пьезоэлектрических свойствах этих вирусов и их способности вырабатывать электричество в ответ на давление.