Molti peptidi e proteine ​​hanno una capacità innata di assemblarsi in lunghi, fibre sottili chiamate fibrille e altre forme. Ora, i ricercatori hanno trovato un modo per sfruttare questa proprietà per creare strutture tubolari di difenilalanina che hanno la capacità di convertire l'energia termica in energia elettrica, detto anche effetto piroelettrico. I loro risultati, pubblicato questa settimana in Lettere di fisica applicata , riferiscono che questi polimeri su scala nanometrica, che sono biocompatibili, potrebbe avere un'ampia gamma di applicazioni biologiche come scaffold per la somministrazione di farmaci o sensori impiantabili in miniatura.

Il team di ricercatori dell'Università tecnica di Istanbul in Turchia, l'Università di Aveiro in Portogallo, e l'Università Federale degli Urali in Russia facevano affidamento sulla difenilalanina, un materiale che hanno precedentemente studiato per le sue proprietà elettromeccaniche e fisiche uniche. Quando le gocce di una soluzione di difenilalanina vengono essiccate, monomeri peptidici formano tubi cavi allungati che sono strutturalmente simili alle fibre insolubili formate dal peptide Aβ-amiloide nella malattia di Alzheimer.

"La difenilalanina è uno dei primi materiali organici autoassemblanti che possono essere utilizzati per realizzare tubi microscopici, canne, nastri, sfere e altro ancora, " ha detto Andrei Kholkin, autore corrispondente dello studio. "In presenza di acqua, i suoi gruppi chimici si auto-organizzano per formare legami non covalenti e formano sorprendentemente rigidi, strutture simili al citoscheletro".

Il team di ricercatori ha asciugato una soluzione peptidica standard per un giorno a temperatura ambiente per consentire alla difenilalanina di assemblarsi in strutture di microtubi, con tubi singoli lunghi fino a 1 millimetro e larghi 1-3 micrometri di diametro. Per aumentare la corrente prodotta dalle strutture, il gruppo ha creato fasci di diversi microtubi e li ha posizionati tra elettrodi ad ago per misurare le proprietà delle strutture.

Riscaldavano periodicamente le strutture con un laser, cambiato la temperatura per raggiungere circa 80 gradi C e poi calcolato il coefficiente piroelettrico, che è una misura di quanto efficacemente un materiale può convertire il calore in energia elettrica. Sebbene la capacità piroelettrica dei microtubi fosse inizialmente variabile, una volta riscaldata e raffreddata, il coefficiente è diminuito di circa il 30%, sono rimasti stabili dopo il primo riscaldamento. Il cambiamento potrebbe essere dovuto al fatto che il riscaldamento ha causato il disordine delle molecole d'acqua all'interno dei tubi cavi, suggeriscono gli autori.

"Questa è la prima osservazione di un significativo effetto piroelettrico nei microtubi peptidici simile a quello che si vede con materiali semiconduttori come l'ossido di zinco o il nitruro di alluminio, "Kholkin ha detto. "In linea di principio, i nostri nanotubi peptidici possono essere utilizzati allo stesso modo di questi materiali per varie applicazioni".

Negli studi precedenti, il gruppo ha dimostrato che questi nanotubi hanno effetti piezoelettrici, cioè convertono le forze meccaniche in segnali elettrici e potrebbero essere utilizzati come sensori per pacemaker o altri dispositivi elettronici su piccola scala.

Le proprietà piroelettriche appena scoperte amplieranno i potenziali usi dei microtubi di difenilalanina, secondo Kholkin. Per esempio, le strutture potrebbero essere utilizzate per creare raccoglitori di energia termica su piccola scala, che potrebbe recuperare l'energia persa nei dispositivi microelettronici. Inoltre, le loro proprietà piroelettriche potrebbero essere utilizzate per progettare termometri su microscala e nanoscala che rilevano le variazioni di temperatura, piuttosto che la temperatura assoluta di una cella.

"Poiché questi tubi possono generare elettricità al variare della temperatura e del movimento, possono essere utilizzati per stimolare e monitorare le cellule viventi, " ha detto Kholkin.