Interrupteur thermique découvert dans des biomatériaux d'ingénierie à base de calmar

Anonim

Le réglage des matériaux pour obtenir des propriétés optiques et électriques optimales devient de plus en plus courant. Désormais, les chercheurs et les fabricants peuvent être en mesure d’accorder des matériaux à la conductivité thermique en utilisant une protéine inspirée des calmars et composée de multiples répétitions d’ADN.

"Le contrôle du transport thermique dans les technologies modernes - réfrigération, stockage de données, électronique ou textile - est un problème non résolu", a déclaré Melik Demirel, professeur d'ingénierie et de mécanique et directeur du Centre de recherche sur les technologies de fibres avancées à Penn State. "Par exemple, la plupart des matériaux plastiques standard ont une conductivité thermique très basse et sont des isolants thermiques. Ces biomatériaux à base de calamars sur lesquels nous travaillons ont une faible conductivité à l'humidité ambiante, mais ils peuvent être. "

Dans ce cas, l'augmentation dépend du nombre de répétitions en tandem dans la protéine et peut être 4, 5 fois plus importante que celle observée dans les plastiques conventionnels. Les répétitions en tandem sont des chaînes d'ADN répétitives que l'on trouve dans la nature, dans ce cas-ci, dans les dents d'anneau de calmar.

Une utilisation potentielle de ce film de bioprotéines pourrait être un revêtement de tissu, en particulier pour les vêtements de sport, ont déclaré les chercheurs. Le matériau pourrait être parfaitement confortable et confortable dans une utilisation quotidienne, mais lorsqu'il est réellement utilisé pour une activité intense, la transpiration produite par le porteur pourrait "retourner" le commutateur thermique et permettre au tissu d'éliminer la chaleur du corps de l'utilisateur.

Demirel et son équipe ont conçu des protéines synthétiques structurées en séquences répétées en tandem. Ils sont capables de choisir le nombre de répétitions qu'ils souhaitent et étudient comment les différentes protéines réagissent, dans ce cas, à l'humidité.

"Dans des conditions ambiantes - moins de 35% d'humidité - la conductivité thermique de ces films protéiques ne dépend pas des unités répétées ou du poids moléculaire et démontre des conductivités thermiques similaires à celles des polymères désordonnés et des protéines insolubles dans l'eau". 13) dans Nature Nanotechnology.

Cependant, lorsque les films sont conçus pour avoir une topologie moléculaire supérieure, la conductivité thermique augmente lorsqu'ils deviennent plus humides, à travers une humidité élevée, de l'eau ou de la sueur. En collaboration avec l’équipe de l’Université de Virginie et le NIST, les chercheurs ont constaté que la conductivité thermique augmentait à mesure que le nombre de répétitions en tandem augmentait.

"Comme la conductivité thermique par temps humide est linéairement liée au nombre de répétitions, nous pouvons programmer la quantité de conductivité thermique dans le matériau", a déclaré Demirel. "Ainsi, nous pourrions créer de meilleurs commutateurs thermiques, régulateurs et diodes similaires aux appareils haute performance pour résoudre les problèmes des technologies modernes telles que la réfrigération, le stockage de données, l'électronique ou les textiles."

Lorsque le matériau retourne à une humidité ambiante normale ou inférieure, le commutateur s'éteint et la protéine ne conduit plus la chaleur aussi efficacement.

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