Muchos péptidos y proteínas tienen la capacidad innata de ensamblarse en largos, fibras delgadas llamadas fibrillas y otras formas. Ahora, Los investigadores han encontrado una manera de aprovechar esta propiedad para crear estructuras tubulares de difenilalanina que tienen la capacidad de convertir la energía térmica en energía eléctrica. también llamado efecto piroeléctrico. Sus resultados, publicado esta semana en Letras de física aplicada , informan que estos polímeros a nanoescala, que son biocompatibles, podría tener una amplia gama de aplicaciones biológicas, como andamios de administración de fármacos o sensores implantables en miniatura.

El equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Estambul en Turquía, la Universidad de Aveiro en Portugal, y la Universidad Federal de los Urales en Rusia se basaron en la difenilalanina, un material que han estudiado previamente por sus propiedades físicas y electromecánicas únicas. Cuando se secan gotas de una solución de difenilalanina, Los monómeros peptídicos forman tubos huecos alargados que son estructuralmente similares a las fibras insolubles formadas por el péptido Aβ-amiloide en la enfermedad de Alzheimer.

"La difenilalanina es uno de los primeros materiales orgánicos autoensamblantes que se puede utilizar para fabricar tubos microscópicos, varillas cintas esferas y más, "dijo Andrei Kholkin, autor correspondiente del estudio. "En presencia de agua, sus grupos químicos se autoorganizan para formar enlaces no covalentes y formar sorprendentemente rígidos, estructuras parecidas al citoesqueleto ".

El equipo de investigadores secó una solución de péptido estándar durante un día a temperatura ambiente para permitir que la difenilalanina se ensamblara en estructuras de microtubos. con tubos individuales de hasta 1 milímetro de largo y 1-3 micrómetros de ancho de diámetro. Para aumentar la corriente producida por las estructuras, el grupo creó haces de varios microtubos y los colocó entre electrodos de aguja para medir las propiedades de las estructuras.

Calentaron las estructuras periódicamente con un láser, cambió la temperatura para alcanzar aproximadamente 80 grados C y luego calculó el coeficiente piroeléctrico, que es una medida de la eficacia con la que un material puede convertir el calor en energía eléctrica. Aunque la capacidad piroeléctrica de los microtubos era inicialmente cambiante, una vez calentados y enfriados, el coeficiente disminuyó en aproximadamente un 30 por ciento; permanecieron estables después del primer calentamiento. El cambio puede deberse a que el calentamiento provocó el desorden de las moléculas de agua dentro de los tubos huecos, sugieren los autores.

"Esta es la primera observación de un efecto piroeléctrico significativo en microtubos de péptidos similar a lo que se observa con materiales semiconductores como el óxido de zinc o el nitruro de aluminio, "Dijo Kholkin." En principio, nuestros nanotubos de péptidos se pueden usar de la misma manera que estos materiales para diversas aplicaciones ".

En estudios anteriores, el grupo ha demostrado que estos nanotubos tienen efectos piezoeléctricos, es decir, convierten fuerzas mecánicas en señales eléctricas y podrían utilizarse como sensores para marcapasos u otros dispositivos electrónicos de pequeña escala.

Las propiedades piroeléctricas recientemente descubiertas ampliarán los usos potenciales de los microtubos de difenilalanina, según Kholkin. Por ejemplo, las estructuras podrían usarse para crear recolectores de energía térmica a pequeña escala, que podría recuperar la energía perdida en los dispositivos microelectrónicos. Además, sus propiedades piroeléctricas podrían usarse para diseñar termómetros a microescala y nanoescala que detecten la variación de temperatura, en lugar de la temperatura absoluta de una celda.

"Debido a que estos tubos pueden generar electricidad con cambios de temperatura y movimiento, se pueden utilizar para estimular y controlar las células vivas, "Dijo Kholkin.