Bí mật nguồn năng lượng của M13 nằm ở một hiện tượng vật lý khá quen thuộc “hiệu ứng áp điện”. Hiệu ứng này xảy ra khi ta tác dụng một áp suất lên loại vật liệu phù hợp (vật liệu áp điện) thì sẽ có một dòng điện tương ứng được sinh ra. Trước đây, tính chất này đã được các nhà khoa học tìm thấy ở tinh thể, gốm ceramics, xương, protein hay DNA. Tuy nhiên, các vật liệu này thường độc hoặc khó ứng dụng vào thực tế, do vậy đặt ra giới hạn cho sự phổ biến công nghệ này trong đời sống hàng ngày.
Trong quá trình tìm kiếm một loại vật liệu sinh học có đặc tính áp điện, nhóm nghiên cứu tại Berkeley Lab đã tìm ra virút M13. Khác với các vật liệu khác, M13 khá “thân thiện” với con người khi độc tính của nó chỉ phát huy trên các chủng vi khuẩn. Thêm vào đó, là virút nên M13 có khả năng sao chép lên hàng triệu lần chỉ trong vài giờ đồng hồ góp phần giải quyết vấn đề nguồn cung vật liệu. Một tính chất đặc biệt khác của virút M13 khiến cho nó trở thành vật liệu áp điện lý tưởng là khả năng tự động sắp xếp định hướng lại với nhau để hình thành nên các màng mỏng có cấu trúc trật tự, giúp cho việc phủ vật liệu lên trên các bề mặt khi ứng dụng trở nên dễ dàng. Tưởng tượng bạn sơn một lớp màng mỏng M13 lên vỏ ngoài của laptop, và mỗi khi gõ phím, các virus biến thao tác của bạn thành dòng điện cung cấp cho máy tính hoạt động. Thật là tuyệt vời phải không?
Về khả năng cung điện, virút M13 nguyên gốc cho công suất khá yếu. Do đó, các nhà khoa học tại Berkeley Lab đã quyết định sẽ biến đổi gien gốc của chúng bằng cách bổ sung thêm 4 mạch nhánh mang điện âm (nhóm R) của axít amin vào một đầu của xoắn protein bên ngoài lớp vỏ virút. Kết quả là M13 mới có một đầu tích điện âm và một đầu tích điện dương, chênh lệch thế cũng lớn hơn trước, do vậy năng lượng mà virút có thể tạo ra tăng lên khá nhiều.
Để thử nghiệm khả năng phát điện của vật liệu mới, đầu tiên các nhà khoa học tại Berkeley tạo ra điều kiện phù hợp để cho M13 tự động sắp xếp thành nhiều màng mỏng xếp lớp có diện tích bề mặt khoảng 1cm2. Sau đó, họ kẹp tấm màng giữa hai điện cực vàng và kết nối chúng với một màn hình LCD. Dòng điện sản sinh ra khi người dùng nhấn tay lên điện cực có cường độ khoảng 400nA (nanoampe) và hiệu điện thế 0.4V, đủ để LCD hiển thị chữ số 1 trong một thời gian ngắn.
Seung-Wuk Lee, thành viên nhóm nghiên cứu phát biểu “Cần phải có nhiều nghiên cứu hơn nữa, nhưng công trình của chúng tôi đã đi những bước đầu tiên trong quá trình phát triển các máy phát điện do các cá nhân vận hành, nguồn cung điện sử dụng trong các thiết bị nano hay các thiết bị khác dựa trên điện tử học virút”. Tất nhiên, thử nghiệm của nhóm còn khá sơ khai và mới chỉ là thành công bước đầu trước khi có thể đưa chiếc máy phát điện sử dụng virút này từ phòng thí nghiệm đến người tiêu dùng.
Nghiên cứu được đăng trên tập san Nature Nanotechnology vào ngày 13/5 vừa qua. Nếu muốn quan tâm sâu hơn, bạn có thể tải toàn văn công trình tại đây.
Hình ảnh và video giới thiệu máy phát điện sử dụng virút:
Theo Hiendaihoa
