Je leest:

Virale elektronica ziet het levenslicht

Virale elektronica ziet het levenslicht

Auteur: | 21 mei 2012

Bij een virus denk je eerder aan ziekte dan aan elektriciteit. Bijzonder dus dat het Amerikaanse onderzoekers is gelukt stroom op te wekken uit een virus. Niet veel, maar het is goed nieuws voor wie ooit zijn mobiele telefoon wil opladen door een stukje te wandelen.

Hoe je stroom opwekt uit een virus? De onderzoekers die dit kunstje hebben geflikt, van de Berkeley-universiteit uit Californië en het naburige Lawrence Berkeley National Laboratory, maakten gebruik van het zogeheten piëzo-elektrisch effect. Dit is de eigenschap van een materiaal waarbij vervorming, zoals indrukken of uitrekken, leidt tot een stroom door het materiaal en omgekeerd. Het effect wordt in tal van toepassingen gebruikt, zoals elektrische aanstekers, printers en microscopen.

Door druk uit te oefenen op een piëzo-elektrisch materiaal wordt een elektrische spanning opgewekt.
Mael Guennou – Tizeff

Virus ordent zichzelf

De Amerikaanse onderzoekers passen het piëzo-elektrisch effect nu toe in een virus, één die overigens ongevaarlijk is voor mensen. Het virus, met de cryptische naam M13, valt alleen bacteriën aan. Het is een dun, staafvormig virus dat de eigenschap heeft zich op een oppervlak uit zichzelf netjes te ordenen: zij aan zij, allemaal in dezelfde richting wijzend. Dit maakt dat het piëzo-elektrisch effect in dit virus sterker is dan in andere biomaterialen als bot, DNA of eiwitten, die zich moeilijk laten organiseren.

Hoe werkt het piëzo-elektrisch effect in het virus?

Klik op het vergrootglas voor een vergroting van de afbeelding.

Lawrence Berkeley National Laboratory

Het virus bestaat uit een dunne staaf, bedekt met bijna 3000 spiraalvormige eiwitten (zie afbeelding links). Elk eiwit bestaat uit een negatief geladen uiteinde (blauw) en een positief geladen uiteinde (rood). De positieve en negatieve ladingen van al die eiwitten heffen elkaar onder normale omstandigheden op: het virus is dan neutraal. Maar als het virus loodrecht op zijn lengteas wordt ingeduwd, en de doorsnede de vorm van een ovaal krijgt, dan raken de ladingen uit balans: er ontstaat een ladingsverschil. Er gaat op dat moment een stroom lopen door het virus. De onderzoekers hebben dit effect versterkt door het virus genetisch zodanig aan te passen, dat het ene uiteinde van het eiwit extra negatief geladen was.

De onderzoekers persten een twintigtal dunne laagjes van een vierkante centimeter met het virus tussen twee gouden elektroden. De elektroden werden gekoppeld aan een klein beeldscherm. Door met een vinger op de elektrode te duwen genereerde het piëzo-elektrisch effect in alle virussen bij elkaar zo’n 6 nano-ampère aan stroom bij een spanning van 400 millivolt; ongeveer een kwart van een AAA-batterij. Weinig, maar genoeg om op het beeldscherm het cijfer ‘1’ te laten verschijnen.

Door met een vinger op een gestapelde laag van het virus te duwen genereerde het piëzo-elektrisch effect voldoende stroom om het cijfer ‘1’ op een display tevoorschijn te toveren.
Berkeley Lab

Wandeling laadt batterij op

Een knap resultaat, maar heeft het ook praktisch nut? Nu nog niet, maar wellicht in de toekomst. Dit onderzoek past in een ontwikkeling binnen de nanotechnologie om kleine stroomopwekkers – ‘nanogeneratoren’ – te maken die het piëzo-elektrisch effect benutten. Eén van de aansprekende toepassingen hiervan is het opwekken van energie uit alledaagse bewegingen, zoals een wandeling, het dichtslaan van een deur of het lopen op een trap. De energie die hieruit vrijkomt is voldoende om kleine apparaten als mobiele telefoons of mp3-spelers mee op te laden. Kortom, in de toekomst heb je wellicht geen oplader meer nodig, maar volstaat een wandeling of een stukje traplopen voor een volle batterij.

De nanogenerator die de Amerikaanse onderzoekers met het virus hebben gemaakt is de eerste met een biologisch materiaal. Meestal gebruikt men materialen als PZT of zinkoxide. Het voordeel van het virus is dat het eenvoudig in grote hoeveelheden voorhanden is – een bacterie maakt een miljoen kopieën in vier uur tijd – en het zichzelf kan organiseren in de juiste structuur. Nu bewezen is dat een virus kan dienen als stroomopwekker blijft de grote vraag of de onderzoekers in staat zijn hun nanogenerator voldoende te verbeteren om er iets mee te kunnen, of dat men in de (nutteloze) millivolts blijft steken.

Bron:

B. Yang Lee e.a., Virus-based piezoelectric energy generation, Nature Nanotechnology (13 mei 2012, online). DOI:10.1038/nnano.2012.69

Lees meer over het piëzo-elektrisch effect op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/piezo-elektrisch-effect.atom", “max”=>"7", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 mei 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.