Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2007 № 05

По результатам своих исследований Белчер защитила диссертацию в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре и вскоре стала профессором Массачусетского технологического института (МТИ). Вот тогда она и решила заняться поиском или даже созданием биологических организмов, которые, подобно «морскому ушку», были бы способны строить из молекул, словно из кирпичиков, сложные структуры.

Анджела Белчерв лаборатории.

«В современной нанотехнологии такая стратегия называется самосборкой, — поясняет профессор Белчер. — Однако неповоротливое и медленно растущее «морское ушко» нас уже не устраивало. Нужен был маленький, гибкий и подвижный организм».

Испробовав немало вариантов, Белчер в конце концов остановила свой выбор на бактериофаге М13 — безвредном для человека вирусе, паразитирующем на бактериях. Его нитевидное тело состоит из единственной цепочки ДНК, окруженной 2700 молекулами одного белка по бокам и несколькими молекулами других белков на концах. Немалое значение для выбора играл и тот факт, что фаг можно конструировать из различных видов белков методами современной генной инженерии, получая миллиарды сочетаний. «Это был редкий случай, когда физики позаимствовали достижения биологов, — вспоминает А. Белчер. — Мне удалось всего за 300 долларов купить всю базу данных о разновидностях М13».

Биологи давно используют химическую избирательность фага М13 и его способность связываться с определенными органическими соединениями для идентификации проб неизвестных веществ. Белчер же показала, что вирус способен соединяться и с неорганическими молекулами, такими как металлы и полупроводники.

Чтобы заставить фаг связываться с нужными молекулами, исследователи обычно используют процесс так называемой направленной эволюции. Образец материала помещают в пробирку с миллиардами различных вирусов, потом промывают его и помещают в агрессивную среду (например, с повышенной кислотностью), чтобы удалить плохо прилипшие фаги. Оставшиеся на образце экземпляры М13 размножают, инфицируя ими бактерию-хозяина. В результате размножения появляются триллионы перспективных разновидностей фагов, которые используют на следующем этапе эволюции. Затем химический состав раствора изменяют, чтобы еще затруднить связывание фага с нужным веществом.

Ослабевшие вирусы снова смывают, а оставшиеся — размножаются. Затем процесс повторяется еще и еще раз во все более жестких условиях. Так после двух-трех недель дарвиновской эволюции из многих вариантов фага остается лишь самый цепкий — тот, который лучше всех сцепляется с данным материалом.

Вирусы М13образуют золотые связи между органическими кристаллами.

Если в раствор, содержащий, например, ионы золота, поместить фаг с высокой избирательностью к этому металлу, то он вскоре покроет себя пленкой драгоценного металла и превратится в проволочку длиной 1 мкм, пригодную для соединения элементов микросхемы. Более того, такой вирус, соединяясь с себе подобными, образует сеть золотых микропроводников.

Впрочем, вирусы М13 способны самоорганизовываться в сложные структуры, покрывая себя не только золотом, но и иными веществами. Так, например, недавно А.Белчер смогла заставить фаги сформировать металлическую пленку площадью 10 кв. см и толщиной менее 1 мкм.

Сейчас А.Белчер и ее коллеги из МТИ Ет Мин Чианг, Паула Хэммонд и Ки Тэ Нам изготавливают из таких пленок электроды для сверхлегких литий-ионных аккумуляторов.

Схема получения литий-ионных аккумуляторов по новой технологии.

Катод можно сделать из листа специально выведенных фагов, покрывающих себя золотом для увеличения электропроводности и оксидом кобальта для обеспечения ионного обмена с электролитом батареи. Двухслойный электрод формируется самостоятельно на предварительно подготовленном полимерном электролите.

Теперь группа Белчер работает над получением фагов для выращивания анода. Кроме того, разработчики пытаются создать пленки с чередующимися на их поверхности положительными и отрицательными электродами, чтобы можно было соединять их последовательно и получать более высокое напряжение. Малая величина расстояний между электродами обеспечивает быстроту перезарядки аккумулятора, а также оптимальное использование компонентов. Таким батареям можно будет придавать любую форму, что позволит экономить место в самых разных устройствах. Особенно заинтересовалось этим обстоятельством министерство обороны США. Ведь современные самолеты и прочая военная техника содержат множество батарей электропитания. И снижение их веса, габаритов чрезвычайно важно для военных.

Фаги могут образовывать весьма необычные структуры.

КАК ЗВЕЗДА УТРОИЛАСЬ…Самая большая звезда галактики Млечный Путь, где находится наша планетарная система, на самом деле представляет собой три разных небесных объекта. К такому неожиданному выводу пришла международная группа астрономов во главе с испанцем Хесусом Маисом из Астрофизического института Андалусии.

Речь идет о звезде Писмис 24-1, расположенной в 8 тыс. световых лет от Земли, в созвездии Стрельца. Ранее предполагалось, что объект своей массой в несколько сот раз превышает массу Солнца и является самой большой звездой Млечного Пути. Однако благодаря результатам комплексного наблюдения с поверхности нашей планеты и космического телескопа «Хаббл» астрономы получили данные, опровергающие предыдущие догадки. Теперь полагают, что Писмис 24-1 состоит из одинарной и двойной звезд. Каждая из них в 70 раз больше Солнца, что и позволило этим объектам все же остаться в числе 25 самых крупных звезд Млечного Пути.

ОСЫ ПРОТИВ… ТЕРРОРИСТОВ. Именно насекомых в качестве своих помощников намерены использовать в ближайшем будущем немецкие специалисты. При этом они не намерены дрессировать их, приучая жалить террористов и прочих преступников в самые уязвимые места. Нет, эксперты думают использовать особенности крошечных насекомых, известных науке под именем «микроплитис кросейпес». Оказывается, эти близкие родственники обыкновенных ос обладают необычайно тонким нюхом и способны, если их натренировать, учуять запах взрывчатки за сотни, а то и тысячи метров.