用于最佳光學(xué)和電學(xué)性能的調(diào)諧材料正變得司空見慣?，F(xiàn)在，研究人員和制造商可以通過使用由多個(gè)DNA重復(fù)序列制成的魷魚啟發(fā)蛋白來調(diào)整材料的導(dǎo)熱性。

“控制現(xiàn)代技術(shù)中的熱傳輸 - 制冷，數(shù)據(jù)存儲，電子或紡織品 - 是一個(gè)尚未解決的問題，”賓夕法尼亞州先進(jìn)光纖技術(shù)研究中心工程科學(xué)與機(jī)械教授兼主任Melik Demirel說。“例如，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)塑料材料具有非常低的導(dǎo)熱性，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)境濕度下具有低導(dǎo)電率，但它們可以設(shè)計(jì)成使其導(dǎo)熱率顯著增加“。

在這種情況下，增加取決于蛋白質(zhì)中串聯(lián)重復(fù)的數(shù)量，并且可以是傳統(tǒng)塑料中增加的4.5倍。串聯(lián)重復(fù)是在自然界中發(fā)現(xiàn)的重復(fù)DNA串，在這種情況下，在魷魚環(huán)牙齒中。

研究人員說，這種生物蛋白薄膜的一個(gè)潛在用途可能是作為織物涂層，尤其是運(yùn)動服。該材料在日常使用中可以非常舒適和舒適，但是當(dāng)實(shí)際用于重度活動時(shí)，穿著者產(chǎn)生的汗液可以“翻轉(zhuǎn)”熱開關(guān)并允許織物從穿著者的身體移除熱量。

Demirel和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了合成蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在串聯(lián)重復(fù)序列上形成圖案。他們能夠選擇他們想要的重復(fù)次數(shù)，并研究各種蛋白質(zhì)在這種情況下對水分的反應(yīng)。

“在環(huán)境條件下 - 濕度小于35%% - 這些蛋白質(zhì)薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)不依賴于重復(fù)單位或分子量，并表現(xiàn)出與無序聚合物和水不溶性蛋白質(zhì)相似的導(dǎo)熱性，”研究人員今天報(bào)道( 8月13日在自然納米技術(shù)。

然而，當(dāng)薄膜被設(shè)計(jì)成具有更高的分子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)熱性在它們變得更濕潤時(shí)，通過高濕度，水或汗液跳躍。研究人員與弗吉尼亞大學(xué)和NIST合作，發(fā)現(xiàn)隨著串聯(lián)重復(fù)序列數(shù)量的增加，導(dǎo)熱系數(shù)也會增加。

“由于濕潤時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)與重復(fù)次數(shù)成線性關(guān)系，我們可以將熱導(dǎo)率計(jì)算到材料中，”Demirel說。“因此，我們可以制造出類似于高性能設(shè)備的更好的熱開關(guān)，穩(wěn)壓器和二極管，以解決現(xiàn)代技術(shù)中的問題，如制冷，數(shù)據(jù)存儲，電子或紡織品。”

當(dāng)材料恢復(fù)到正常環(huán)境濕度或更低時(shí)，開關(guān)關(guān)閉，蛋白質(zhì)不再有效地傳導(dǎo)熱量。