Nanogeneratorer som kan omvandla mekanisk energi till elektricitet är vanligtvis gjorda av metalloxider och blybaserade perovskiter. Men dessa oorganiska material är inte biokompatibla, så loppet är igång för att skapa naturliga biokompatibla piezoelektriska material för energiskörd, elektronisk avkänning, och stimulerar nerver och muskler.

Forskare från University College Dublin och University of Texas i Dallas bestämde sig för att utforska peptidbaserade nanorör, eftersom de skulle vara ett tilltalande alternativ för användning inom elektroniska enheter och för energiskördstillämpningar.

I den Journal of Applied Physics , gruppen rapporterar att man använder en kombination av exponering för ultraviolett och ozon för att generera en vätbarhetsskillnad och ett applicerat fält för att skapa horisontellt inriktad polarisering av nanorör på flexibla substrat med sammankopplade elektroder.

"De piezoelektriska egenskaperna hos peptidbaserade material gör dem särskilt attraktiva för energiskörd, eftersom att trycka eller böja dem genererar en elektrisk laddning, sa Sawsan Almohammed, huvudförfattare och postdoktor vid University College Dublin.

Det finns också en ökad efterfrågan på organiska material för att ersätta oorganiska material, som tenderar att vara giftiga och svåra att göra.

"Peptidbaserade material är organiska, enkelt att göra, och har stark kemisk och fysikalisk stabilitet, " Hon sa.

I gruppens tillvägagångssätt, den fysiska inriktningen av nanorör uppnås genom att mönstra en vätbarhetsskillnad på ytan av ett flexibelt substrat. Detta skapar en kemisk kraft som pressar peptidnanorörslösningen från den hydrofoba regionen, som stöter bort vatten, med en hög kontaktvinkel mot det hydrofila området, som lockar vatten, med låg kontaktvinkel.

Inte bara förbättrade forskarna inriktningen av rören, som är avgörande för energiskördstillämpningar, men de förbättrade också rörens ledningsförmåga genom att göra kompositstrukturer med grafenoxid.

"Det är välkänt att när två material med olika arbetsfunktioner kommer i kontakt med varandra, en elektrisk laddning strömmar från låg till hög arbetsfunktion, "Almohammed sa. "Den huvudsakliga nyheten i vårt arbete är att kontroll av den horisontella inriktningen av nanorören genom elektriskt fält och vätbarhetsassisterad självmontering förbättrade både ström- och spänningsutgången, och ytterligare förbättring uppnåddes genom att inkorporera grafenoxid."

Gruppens arbete kommer att möjliggöra användning av organiskt material, speciellt peptidbaserade, mer allmänt inom elektronisk utrustning, sensorer, och energiskördstillämpningar, eftersom två viktiga begränsningar för peptidnanorör – inriktning och konduktivitet – har förbättrats.

"Vi undersöker också hur laddningsöverföringsprocesser från böjnings- och elektriska fältapplikationer kan förbättra Raman-spektroskopibaserad detektion av molekyler, "Almohammed sa. "Vi hoppas att dessa två ansträngningar kan kombineras för att skapa en självförsörjande biosensor med ett brett utbud av applikationer, inklusive biologisk och miljöövervakning, högkontrastbilder, och högeffektiva lysdioder."