โปรตีนที่ได้แรงบันดาลใจจากปลาหมึกสร้างสวิตช์ระบายความร้อนใหม่

นักวิจัยประสบความสำเร็จในการเขียนโปรแกรมการนำความร้อนของวัสดุเป็นครั้งแรก งานนี้ซึ่งดำเนินการกับโปรตีนที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลาหมึกซึ่งมีสาย DNA ซ้ำหลายสาย สามารถช่วยในการพัฒนาสวิตช์ความร้อน ตัวควบคุม และไดโอดที่ดีขึ้น เพื่อแก้ปัญหาการจัดการความร้อนในเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น เครื่องทำความเย็น การจัดเก็บข้อมูล อิเล็กทรอนิกส์ และสิ่งทอ

ตั้งแต่ bitcoins ไปจนถึงเซิร์ฟเวอร์คลาวด์ 

ชุดกีฬาไปจนถึงชุดป้องกัน อุปกรณ์ทางการแพทย์จนถึงความเสถียรของวัคซีน การจัดการความร้อนถือเป็นความท้าทายที่สำคัญในโลกสมัยใหม่ของเรา” Melik Demirelจาก Penn State University ผู้ร่วมดำเนินการวิจัยร่วมกับPatrick Hopkinsที่ มหาวิทยาลัยเวอร์จิเนีย. “วัสดุชีวภาพที่ได้แรงบันดาลใจจากปลาหมึกสังเคราะห์ที่เรากำลังดำเนินการอยู่นั้นมีการนำความร้อนต่ำภายใต้สภาวะที่มีความชื้นแวดล้อม อย่างไรก็ตาม เราสามารถออกแบบพวกมันได้ เพื่อให้การนำความร้อนของพวกมันเพิ่มขึ้นอย่างมากโดยการเพิ่มจำนวนซ้ำ (การทำซ้ำของ DNA) ในโปรตีนเมื่อถูกไฮเดรท”

โทโพโลยีเครือข่ายอุปกรณ์โซลิดสเตตแบบธรรมดาจะทำหน้าที่หรือควบคุมพลังงานความร้อนด้วยโฟตอน (การสั่นสะเทือนของโครงผลึกคริสตัล) หรือโดยการกระเจิงของการสั่นสะเทือนแบบสุ่มในวัสดุอสัณฐาน เขาอธิบาย “ในเรื่องที่อ่อนนุ่ม มีพารามิเตอร์ที่สาม – โทโพโลยีเครือข่าย – ซึ่งมาจากปฏิสัมพันธ์ของสายโซ่โพลีเมอร์ที่มีความยาว

โปรตีนโครงสร้างเช่นเดียวกับที่เรา

กำลังศึกษาอยู่มีทั้งโดเมนผลึกที่เชื่อมโยงกันด้วยโมเลกุลอสัณฐาน ร่วมกับเพื่อนร่วมงานที่ University of Virginia, University of Maryland และ NIST เราค้นพบว่าเราสามารถตั้งโปรแกรมการนำความร้อนระหว่างโดเมนเหล่านี้ได้ด้วยการควบคุมโครงสร้างเครือข่ายของพวกมัน”

นักวิจัยได้ทำการทดลองกับโปรตีนสังเคราะห์ที่เลียนแบบฟันของปลาหมึก “เรากำหนดรูปแบบโปรตีนเหล่านี้ตามลำดับการทำซ้ำควบคู่และสามารถเลือกจำนวนการทำซ้ำเพื่อศึกษาว่าโปรตีนตอบสนองอย่างไรภายใต้เงื่อนไขการทดลองที่แตกต่างกัน”

นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่ใช้โปรตีนจากปลาหมึกเพื่อสร้างแรงบันดาลใจให้กับเทคโนโลยีใหม่ๆ เขากล่าว พวกเขาได้นำไปสู่การพัฒนาสารเคลือบลายพราง วัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ แอคทูเอเตอร์แบบอ่อน และพลาสติกชีวภาพที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ เป็นต้น

การเขียนโปรแกรมปริมาณการนำความร้อน”เราพบว่าภายใต้สภาวะแวดล้อม – ความชื้นน้อยกว่า 35% – ค่าการนำความร้อนของฟิล์มที่ทำจากโปรตีนเหล่านี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวนของหน่วยทำซ้ำและมีค่าการนำความร้อนที่คล้ายคลึงกันกับพอลิเมอร์ที่ไม่เป็นระเบียบและโปรตีนที่ไม่ละลายน้ำ” Demirel กล่าว “อย่างไรก็ตาม เมื่อเราออกแบบวัสดุให้มีจำนวนการตีคู่กันมากขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุจะกระโดดเมื่อเปียกมากขึ้น ยิ่งมีจำนวนซ้ำมากเท่าใด ค่าการนำความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เนื่องจากค่าการนำความร้อนมีความสัมพันธ์

เชิงเส้นตรงกับจำนวนซ้ำ เราจึงสามารถโปรแกรมปริมาณการนำความร้อนลงในวัสดุได้” เขากล่าวกับ Physics Worldนักวิจัยได้วัดคุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุโดยใช้เทคนิคการกระเจิงของนิวตรอนแบบออปติคัลแบบ sub-picosecond และเทคนิคการกระเจิงนิวตรอนแบบไม่ยืดหยุ่น

วัสดุกลับสู่ระดับการนำความร้อนเดิมภายใต้สภาวะความชื้นปกติ “สวิตช์ดังกล่าวสามารถใช้เพื่อสร้างตัวควบคุมและไดโอดที่ดีขึ้น ซึ่งคล้ายกับอุปกรณ์โซลิดสเตตที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อแก้ปัญหาด้านความร้อนในเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น เครื่องทำความเย็น การจัดเก็บข้อมูล อิเล็กทรอนิกส์และสิ่งทอ” Demirel กล่าว

“ตัวอย่างเช่น วัสดุนี้สามารถนำความร้อนได้มากขึ้นเมื่อดูดซับเหงื่อที่ผลิตโดยนักกีฬาและเพื่อขจัดความร้อนส่วนเกินออกจากร่างกายของเธอหรือร่างกายของเขา” เขากล่าว “ขณะนี้เรากำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาต้นแบบทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่เพื่อทดสอบแนวคิดนี้ในสิ่งทอชุดกีฬา”

นักวิจัยรายงานงานของพวกเขาในNature Nanotechnology  10.1038 / s41565-018-0227-7กล่าวว่าพวกเขากำลังทดสอบเทคโนโลยีสำหรับการใช้งานการกระจายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

“อีกครั้ง หากเราทำการเปรียบเทียบด้วยอิเล็กโทรไดนามิก นี่จะเหมือนกับการยิงโพซิตรอนตัวเดียวผ่านสนามแม่เหล็กที่แรงและได้ก๊าซของอิเล็กตรอน (ส่วนใหญ่) กลับคืนมา”

ผลลัพธ์อาจมีผลลัพธ์ที่สำคัญสำหรับการใช้งานที่อาจเกิดขึ้นกับ skyrmions “ประการแรก การค้นพบของเราเกี่ยวกับการมีอยู่ของการเคลื่อนที่แบบโทรคอยด์ทำให้การจำกัดความเร็วโดยธรรมชาติว่า skyrmion และ antiskyrmion สามารถเคลื่อนที่ไปตามเส้นตรงได้เร็วเพียงใด ซึ่งเป็นสิ่งที่คนส่วนใหญ่มองข้ามไปจนถึงปัจจุบัน” Ritzmann กล่าว “เราเชื่อว่าวงจรหรืออุปกรณ์ใดๆ ในอนาคตที่ใช้ประโยชน์จาก skyrmions ในการส่งข้อมูลจะต้องคำนึงถึงข้อจำกัดนี้ด้วย

“ประการที่สอง ความไม่สมดุลที่เราเห็นในไดนามิกระหว่าง skyrmion และ antiskyrmion ซึ่งนำไปสู่ ​​skyrmion ที่มากเกินไป หมายความว่าเราสามารถสร้าง skyrmion ได้อย่างง่ายดายด้วย ‘seed’ ของ antiskyrmion เพียงตัวเดียว ความสามารถในการผลิต skyrmion อย่างรวดเร็วด้วยวิธีนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการสร้างอุปกรณ์ในอนาคตจากอนุภาคเหล่านี้”

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์