Stämmaterial för optimala optiska och elektriska egenskaper blir vanligt. Nu, forskare och tillverkare kanske kan ställa in material för värmeledningsförmåga genom att använda ett bläckfiskinspirerat protein av flera DNA-upprepningar.

"Kontroll av termisk transport i modern teknik - kylning, datalagring, elektronik eller textilier - är ett olöst problem, "sa Melik Demirel, professor i ingenjörsvetenskap och mekanik och direktör, Center for Research on Advanced Fiber Technologies at Penn State. "Till exempel, de flesta vanliga plastmaterial har mycket låg värmeledningsförmåga och de är värmeisolatorer. Dessa bläckfiskbaserade biomaterial som vi arbetar med har låg ledningsförmåga vid luftfuktighet, men de kan konstrueras så att deras värmeledningsförmåga ökar dramatiskt. "

I detta fall, ökningen är beroende av hur många tandemrepetitioner som finns i proteinet, och kan vara 4,5 gånger större än ökningar som ses i konventionell plast. Tandemupprepningar är repeterande strängar av DNA som finns i naturen, I detta fall, i bläckfiskringtänder.

En potentiell användning av denna bioproteinfilm kan vara som en tygbeläggning, särskilt för atletiskt slitage, sa forskarna. Materialet kan vara perfekt bekvämt och mysigt i vardagen, men när den faktiskt används för tung aktivitet, svetten producerad av bäraren kan "vända" värmekontakten och tillåta tyget att ta bort värme från bärarens kropp.

Demirel och hans team har designat syntetiska proteiner som är mönstrade på tandemupprepande sekvenser. De kan välja antalet upprepningar de vill ha och undersöka hur de olika proteinerna reagerar, I detta fall, till fukt.

"Under omgivningsförhållanden - mindre än 35 procent luftfuktighet - beror värmeledningsförmågan hos dessa proteinhaltiga filmer inte på upprepade enheter eller molekylvikt, och visa liknande värmeledningsförmåga till störda polymerer och vattenolösliga proteiner, forskarna rapporterar idag (13 augusti) i Naturnanoteknik .

Dock, när filmerna är konstruerade för att ha högre molekylär topologi, värmeledningsförmågan hoppar när de blir blötare, genom hög luftfuktighet, vatten eller svett. I samarbete med University of Virginia team och NIST, fann forskarna att när antalet tandemrepetitioner ökade, värmeledningsförmågan gjorde också.

"Eftersom värmeledningsförmågan när den är våt är linjärt relaterad till antalet upprepningar, vi kan programmera mängden värmeledningsförmåga i materialet, "sa Demirel." Så, vi kan göra bättre termiska omkopplare, regulatorer och dioder som liknar högpresterande enheter för att lösa problemen i modern teknik som kylning, datalagring, elektronik eller textilier. "

När materialet återgår till normal luftfuktighet eller lägre, strömbrytaren stängs av, och proteinet leder inte längre värme lika effektivt.