Il movimento degli elettroni attraverso i fili è ciò che ci consente di utilizzare l’elettricità ogni giorno. I nanofili biologici, fili microscopici costituiti da proteine, hanno attirato l'attenzione dei ricercatori per la loro capacità di trasportare elettroni su lunghe distanze.
In uno studio pubblicato su Small dal laboratorio Vermaas presso il MSU-DOE Plant Research Laboratory, i ricercatori ampliano la nostra comprensione dei nanofili biologici attraverso l'uso di simulazioni al computer.
Martin Kulke, primo autore dello studio, accompagnato dal team del laboratorio Vermaas, ha creato simulazioni di cristalli utilizzando i dati degli esperimenti di vita reale nel laboratorio PRL Kramer, dove hanno puntato una fonte di luce verso un nanocristallo costituito da proteine e hanno calcolato come gli elettroni eccitati velocemente lo attraversavano. La vera domanda era perché il trasferimento di elettroni stava diventando più lento con l'aumento della temperatura, che di solito accelera i processi su scala nanometrica.
Un'idea potenziale era che le distanze che gli elettroni avrebbero dovuto percorrere all'interno del nanocristallo potrebbero aumentare con la temperatura, rallentando la velocità con cui potrebbero muoversi attraverso la proteina.
"Abbiamo simulato questi nanocristalli proteici a diverse temperature per testare questa idea", ha affermato Josh Vermaas, ricercatore principale di questo studio e professore assistente presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare e presso la PRL. "Quello che abbiamo scoperto è che i cambiamenti di distanza a seconda delle diverse temperature non sono così drammatici di per sé."
Quando sono state manipolate variabili diverse dalla temperatura, i ricercatori hanno iniziato a vedere alcune azioni interessanti derivanti dai salti degli elettroni all'interno del nanofilo. La rete proteica di nanofili è stata resa più lunga, più corta, più spessa e più sottile per identificare i colli di bottiglia nel flusso di elettroni all'interno del nanocristallo.
"Abbiamo scoperto che nei nanofili biologici, il trasporto degli elettroni si basa sul movimento delle proteine nel filo", ha detto Kulke. "Ciò significa che, alla fine, più a lungo produci quei nanofili, minore è il trasporto di elettroni che li attraversa e più sono spessi, maggiore è il trasporto di elettroni che li attraversa."
L'uso dei nanofili biologici è al momento speculativo, ma capire come possono essere costruiti per consentire un maggiore flusso di elettroni è fondamentale per gli sforzi futuri che li utilizzeranno per collegare i processi biologici all'elettronica convenzionale.
Ulteriori informazioni: Martin Kulke et al, Le velocità di trasporto degli elettroni a lungo raggio dipendono dalle dimensioni del filo nei nanofili del citocromo, Piccoli (2023). DOI:10.1002/piccolo.202304013
Informazioni sul giornale: Piccolo
Fornito dalla Michigan State University
