Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Massachusetts Amherst đã sản xuất được loại vật liệu điện tử mới hứa hẹn mở ra tương lai xanh, bền vững hơn cho lĩnh vực cảm biến môi trường và sinh học. Nghiên cứu mới nêu rõ việc kết hợp dây nano protein với polyme để tạo ra vật liệu composite điện tử dẻo có khả năng duy trì tính chất dẫn điện và cảm biến độc đáo của dây nano protein. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Small.

Dây nano protein có nhiều ưu điểm hơn dây nano silic và các ống nano cacbon về khả năng tương thích sinh học, mức độ ổn định và tiềm năng thay đổi để cảm biến nhiều loại phân tử sinh học và hóa chất có lợi cho y học hoặc môi trường. Tuy nhiên, các ứng dụng cảm biến này đòi hỏi phải kết hợp dây nano protein vào chất nền dẻo phù hợp cho sản xuất các thiết bị cảm biến mang theo người hoặc các loại thiết bị điện tử khác.

Derek Lovley, nhà vi sinh vật học và là trưởng nhóm nghiên cứu giải thích: Chúng tôi đã nghiên cứu chức năng sinh học của dây nano protein trong hơn một thập kỷ qua, nhưng chỉ đến giờ, chúng tôi mới tìm ra cách sử dụng chúng để chế tạo các thiết bị điện tử thực tế. Nghiên cứu sinh tiến sĩ Yun-Lu Sun tại Trường Đại học Texas đã phát hiện ra các điều kiện thích hợp để kết hợp dây nano protein với polyme không dẫn điện nhằm tạo ra vật liệu composite dẫn điện. Dây nano được chế tạo từ protein, đã được chứng minh có độ bền cao và dễ xử lý thành vật liệu mới.

Ông Lovley cho biết thêm: Một ưu điểm nữa là dây nano protein thực sự là vật liệu bền vững và “xanh”. Chúng tôi có thể sản xuất hàng loạt dây nano protein bằng vi khuẩn ăn nguyên liệu tái tạo. Hoạt động sản xuất vật liệu dây nano truyền thống cần đầu vào năng lượng cao và một số hóa chất có mùi thực sự khó chịu. Tuy nhiên, dây nano protein mỏng hơn dây silic và còn ổn định trong nước, rất quan trọng cho các ứng dụng y sinh học như phát hiện các chất chuyển hóa trong mồ hôi. Ngoài ra, dây nano protein điện tử này có sự tương đồng đáng ngạc nhiên với sợi polyme và nhóm nghiên cứu đang cố gắng tìm cách kết hợp chúng theo cách hiệu quả nhất.

Trong nghiên cứu, dây nano protein đã tạo thành một mạng lưới điện khi được đưa vào rượu polyvinyl polyme. Vật liệu có thể được xử lý để chịu được các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt hoặc độ pH như tính axít cao có thể làm hỏng vật liệu composite từ protein, và vẫn tiếp tục hoạt động tốt.

Tính chất dẫn điện của các dây nano protein được gắn vào trong polyme đã làm thay đổi đáng kể khả năng phản ứng với độ pH. Ông Lovley giải thích: Đây là thông số y sinh quan trọng chẩn đoán một số bệnh nặng trong y học. Chúng tôi cũng có thể biến đổi di truyền cấu trúc của các dây nano protein theo cách mà chúng ta mong đợi, sẽ cho phép phát hiện nhiều loại phân tử khác có ý nghĩa trong y sinh.

Dây nano protein dẫn điện là sản phẩm tự nhiên của vi sinh vật Geobacter được phát hiện trong bùn của sông Potomac bởi nhà nghiên cứu Lovley cách đây hơn 30 năm. Geobacter sử dụng dây nano protein để tạo ra các kết nối điện với các vi sinh vật hoặc khoáng chất khác. Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ mở rộng quy mô sản xuất chất nền polyme dây nano. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đã xin cấp sáng chế cho ý tưởng về polyme dẫn điện được làm từ dây nano protein.

Nguồn: NASATI