Российские учёные создали оптоэлектронный элемент из нанотрубки и белка — он работает как память, фотодиод и светодиод

Группа российских учёных вместе с зарубежными коллегами разработала биоэлектронный фотоэлемент на основе всего одной молекулы светящегося белка, соединённого с углеродной нанотрубкой. Это прямой путь к созданию экологически чистых электронных компонентов, запоминающих устройств и солнечных батарей, о чём на днях было заявлено в журнале Advanced Functional Materials.

Учёные из Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Москва), Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), Сколковского института науки и технологий (Москва) с коллегами из Кардиффского университета (Великобритания), Университета Аалто (Финляндия) и Нови-Садского университета (Сербия) модифицировали углеродные нанотрубки зелёным флуоресцентным белком (ЗФБ). Полученная таким образом система оказалась способна менять свои электронные свойства под действием света и в зависимости от того, как прикрепить белок. От вариантов крепления зависело поведение элемента: он мог либо служить прожектором, либо хранить информацию.

«В данном случае однослойная углеродная нанотрубка играет роль активного проводника и носителя белковой молекулы, с которой она связана через фенилазидную группу, обеспечивающую ковалентную сшивку и образование общих электронных пар между компонентами электронного устройства», — рассказал заведующий Лабораторией наноматериалов, проф. Сколковского института науки и технологий, Альберт Насибулин.

Как показано на рисунке выше, зелёный флуоресцентный белок (ЗФБ) представляет собой «бочонок» из складчатой аминокислотной цепи, внутри которого располагается молекула флуорофора. Флуорофор под действием излучения приобретает дополнительную энергию, претерпевает электронные перестройки, а затем возвращается в исходное состояние, отдавая избыток энергии в виде собственного излучения. От возможного выделение тепла ЗФБ защищает «бочонок» — оболочка, что позволяет длительное время сохранять флуоресцентные свойств элемента.

Представленные органические оптоэлектронные элементы можно использовать в качестве компонентов для молекулярной электроники, светоизлучающих диодов (LED), новейших лазеров и оптических транзисторов. Также они могут работать как элементы памяти или в качестве солнечных элементов и, самое главное, что они биоразлагаемые и даже при обычном захоронении не нанесут вреда экологической системе Земли.