Chế tạo thành công vật liệu điện tử “sạch” bằng phương pháp sinh học tổng hợp

Derek Lovely, nhà vi trùng học, tác giả đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Các sợi dây dẫn này, hiện được xem là các sợi mỏng nhất, được làm từ các nguyên liệu cơ bản có thể tái chế, rẻ tiền và không sử dụng các quá trình xử lý hóa học độc hại thường sử dụng để sản xuất các vật liệu điện tử nano. Nguồn vật liệu điện tử mới này là cần thiết để có thể đáp ứng được các nhu cầu ngày càng tăng đối với việc tạo ra các thiết bị điện tử nhỏ hơn, công suất lớn hơn và ổn định”.

Bằng kỹ thuật này, có thể sản xuất hàng loạt các sợi dây dẫn điện mỏng, có nhiều ứng dụng tiềm năng cho các thiết bị điện tử. Nó không chỉ hoạt động như các sợi dây điện mà còn giống như các thiết bị bóng bán dẫn và tụ điện. Các ứng dụng được đề xuất bao gồm các máy cảm biến tương thích sinh học, thiết bị máy tính và thành phần của các tấm pin năng lượng mặt trời.

Một thập kỷ trước, Lovley và các đồng nghiệp đã khám phá ra vi khuẩn Geo, một chủng vi sinh vật trong đất phổ biến, có thể tạo ra được các “sợi nano vi khuẩn”, các sợi protein dẫn điện, giúp cho vi khuẩn có thể phát triển trên các quặng sắt trong đất. Những dây nano vi khuẩn này dẫn điện đủ để đáp ứng các nhu cầu của vi khuẩn, nhưng tính dẫn điện của chúng kém hơn độ dẫn điện của các dây hữu cơ mà các nhà hóa học tổng hợp.

“Khi chúng tôi hiểu được cách thức các dây nano vi khuẩn làm việc, chúng tôi nhận thấy có thể cải thiện thiết kế tự nhiên của nó”, Lovley cho biết. “Chúng tôi biết được một cấp axít aminô nào đó rất quan trọng để dẫn điện, do đó chúng tôi đã sắp xếp các axit aminô này để tạo ra một dây nano tổng hợp mà chúng tôi nghĩ là nó có thể dẫn điện tốt hơn”.

Các kết quả thu được từ nghiên cứu vượt xa sự mong đợi của các nhà nghiên cứu. Họ đã tạo ra được một chủng vi khuẩn Geo và đã sản xuất được một lượng lớn các sợi nano tổng hợp có độ dẫn điện hơn 2000 lần so với các sản phẩm sinh học tự nhiên. Một phần thưởng nữa đó là các sợi nano tổng hợp, được Lovley xem như là “dây dẫn sinh học”, có kích thước chỉ bằng một nửa sản phẩm tự nhiên.

Tính dẫn điện của sợi dây sinh học này vượt xa nhiều sợi dây nano hữu cơ cùng kích cỡ. Đường kính mỏng 1.5 nano mét (mỏng hơn 60.000 lần một sợi tóc) sẽ giúp dễ dàng đóng gói hàng nghìn sợi trong một không gian rất nhỏ.

Lợi ích nữa đó là việc tạo ra sợi sinh học này không cần bất kỳ chất hóa học nguy hiểm nào để tổng hợp. Ngoài ra, các sợi sinh học không chứa các thành phần độc hại. “Vi khuẩn Geo có thể phát triển trên các vật liệu hữu cơ rẻ tiền, có thể tái chế. Nên quá trình tạo ra nó rất “sạch”. Mặc dù sợi sinh học được làm từ protein, nhưng nó rất bền. Trên thực tế, phòng thí nghiệm của Lovley đã mất nhiều tháng để phá vỡ chúng.

Mới đây, nhóm nghiên cứu cũng tạo ra được hơn 20 chủng vi khuẩn Geo khác trong phòng thí nghiệm. Mỗi chủng tạo ra một sợi sinh học khác biệt bằng các liên kết axit aminô mới.

Lovley nói: “Tôi hy vọng rằng thành công ban đầu của chúng tôi sẽ thu hút nhiều nguồn tài trợ để có thể đẩy nhanh quá trình nghiên cứu. Chúng tôi hy vọng rằng có thể sửa đổi sợi dây sinh học này theo nhiều cách khác để có thể mở rộng khả năng ứng dụng của nó”.

P.T.T-NASATI (Theo Phys)