獲得最佳光學(xué)和電學(xué)性能的調(diào)諧材料變得越來越普遍?，F(xiàn)在，研究人員和制造商可以通過使用由多個脫氧核糖核酸重復(fù)序列組成的魷魚誘導(dǎo)蛋白來調(diào)節(jié)材料的熱導(dǎo)率。
賓夕法尼亞先進光纖技術(shù)研究中心工程科學(xué)與技術(shù)教授兼主任Melik Demirel說：“控制現(xiàn)代技術(shù)中的熱傳遞——制冷、數(shù)據(jù)存儲、電子或紡織品——是一個尚未解決的問題?！袄纾蠖鄶?shù)標(biāo)準(zhǔn)塑料材料的導(dǎo)熱率非常低，它們是熱絕緣體。我們正在研究的這些基于魷魚的生物材料在環(huán)境濕度下具有低電導(dǎo)率，但是它們可以被設(shè)計成顯著增加其熱導(dǎo)率。
在這種情況下，增加量取決于蛋白質(zhì)中連續(xù)重復(fù)的次數(shù)，可以是傳統(tǒng)塑料的4.5倍。串聯(lián)重復(fù)序列是自然界中發(fā)現(xiàn)的重復(fù)的DNA串，在這種情況下，在魷魚的環(huán)齒中。
研究人員表示，這種生物蛋白膜的一個潛在用途可能是作為織物涂層，尤其是運動服。這種材料在日常使用中可以非常舒適和舒適，但是當(dāng)它實際用于繁重的活動時，穿著者產(chǎn)生的汗水可以“翻轉(zhuǎn)”熱開關(guān)，并允許織物從穿著者的身體中移除熱量。
德米雷爾和他的團隊設(shè)計了合成蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在串聯(lián)重復(fù)序列上形成模式。他們可以選擇他們想要的重復(fù)次數(shù)，并研究在這種情況下各種蛋白質(zhì)對水分的反應(yīng)。
研究人員今天(8月13日)在《自然納米技術(shù)》雜志上發(fā)表報告稱：“在環(huán)境條件下——濕度低于35%——這些蛋白質(zhì)薄膜的熱導(dǎo)率不依賴于重復(fù)單元或分子量，表現(xiàn)出與無序聚合物和水不溶性蛋白質(zhì)相似的熱導(dǎo)率。
然而，當(dāng)薄膜被設(shè)計成具有更高的分子拓撲時，當(dāng)它們變得更濕并通過高濕度、水或汗水時，熱導(dǎo)率會跳躍。弗吉尼亞大學(xué)和NIST大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著串聯(lián)重復(fù)次數(shù)的增加，熱導(dǎo)率也隨之增加。
德米雷爾說：“因為導(dǎo)熱系數(shù)與潮濕時的重復(fù)次數(shù)成線性關(guān)系，所以我們可以計算進入材料的導(dǎo)熱系數(shù)?！耙虼?，我們可以制造更好的熱開關(guān)、穩(wěn)壓器和類似高性能設(shè)備的二極管，以解決制冷、數(shù)據(jù)存儲、電子或紡織品等現(xiàn)代技術(shù)中的問題。”
當(dāng)材料恢復(fù)到正常環(huán)境濕度或更低時，開關(guān)關(guān)閉，蛋白質(zhì)不再有效導(dǎo)熱。
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