Биоорганическая революция: зачем в электронике пептиды?

Израильский стартап StoreDot представил пептидные наносферы, обладающие полупроводниковыми свойствами. Первым устройством на их основе стал биоорганический аккумулятор для смартфона, способный восстановить заряд на две трети за полминуты. 

(При просмотре ролика лучше отключить звук.)

Привычные литий-ионные аккумуляторы уже с трудом удовлетворяют требованиям современных планшетов и смартфонов. Сейчас они редко обеспечивают длительную автономную работу, а многие поклонники ОС Android заряжают свои гаджеты дважды в сутки. 

Проблема здесь не столько в необходимости частой подзарядки (её можно выполнять десятком способов), сколько во времени, которое она занимает. Типичный смартфон заряжается за час-полтора. Планшету или электронной книге может потребоваться до четырёх часов. 

Так долго ждать никто не хочет, а часто и просто не может. Поэтому мобильные пользователи оставляют свои устройства заряжаться на ночь, носят с собой портативную зарядку или второй аккумулятор. Остаться без связи в самый нужный момент — один из кошмаров современных людей.

Зарядка — обычное состояние гаджетов с ОС Android, но любим мы их не за это (фото: droid-life.com).

Производители идут навстречу и разрабатывают способы ускоренной зарядки, но всё равно ждать приходится долго. К тому же большая сила тока быстрее изнашивает батарею. Может, стоит заменить сам тип аккумуляторов?

К подобному выводу пришли разработчики компании StoreDot. На поиски подходящего кандидата для замены лития ушло много времени и сил. Решение нашлось неожиданно. В Тель-Авивском университете исследовали влияние различных пептидов на развитие болезни Альцгеймера в поисках новых методов её лечения. При этом было замечено, что некоторые белки с низкой молекулярной массой проявляют полупроводниковые свойства. 

Ознакомившись с результатами исследований, специалисты StoreDot стали использовать глобулярные пептиды для создания сфер диаметром 2,1 нанометра. Белки такого размера с плотной укладкой ведут себя как квантовые точки — то есть полупроводники, электрические параметры которых сильно зависят от размеров и формы.

Сегодня квантовые точки используют для производства более совершенных матриц дисплеев, создания люминесцентных диагностических маркеров и прототипов различных квантовых устройств. 

Зависимость длины излучаемой волны от размеров квантовой точки при облучении монохроматическим источником света (изображение: icms.qmul.ac.uk).

Проблема в том, что все промышленно изготавливаемые варианты имеют неорганическую природу. Они производятся в основном из селенида или теллурида кадмия, арсенида индия и галлия. Замена редких и токсичных элементов на пептидные наносферы выглядит очень заманчиво.

В разработке StoreDot определённые пептиды составляют основу биоорганической батареи. Действующий прототип был представлен на конференции Microsoft Think Next в Тель-Авиве. В ближайшие два года планируется завершить подготовку усовершенствованной модели к серийному производству. Доработка будет включать уменьшение габаритов и повышение ёмкости батареи: демонстрационный образец попросту не помещается в корпусе смартфона и служит лишь для доказательства концепции.

Биоорганическая батарея StoreDot (фото: store-dot.com).

Генеральный директор компании Дорон Майерсдорф (Doron Myersdorf) поясняет, что с помощью таких наносфер можно изготавливать и более сложную электронику — например, микросхемы памяти и матрицы дисплеев. Это всё гораздо более наукоёмкие проекты, поэтому для начала компания займётся аккумулятором с технологией скоростной перезарядки.

«Когда мы научимся управлять процессом самосборки этих молекул, то сможем создавать пептидные нанотрубки и нанокристаллы — стабильные структуры из тех же белков, которые участвуют в биологических процессах нашего организма», — отмечает Майерсдорф.

Самосборка пептидных квантовых точек (изображение: nature.com).

«Мы уже демонстрировали дисплей для iPhone, излучающий свет за счёт созданного из наших соединений биоорганического материала, — комментирует глава StoreDot ход исследований изданию TechCrunch. — Возможно получить весь спектр RGB. Теперь дело за увеличением срока службы таких источников света и достижением их эффективности на уровне кадмиевых квантовых точек».

Фотолюминесценцию пептидных квантовых точек StoreDot можно наблюдать в следующем ролике.

Основная проблема заключается в том, что развитую полупроводниковую индустрию очень трудно переключить на что-то принципиально новое. Пептидная альтернатива не только станет менее токсичной, но и приведёт к обесцениванию активов текущих лидеров отрасли.

«Промышленность просто не готова к этому, — говорит Дорон Майерсдорф, — поэтому мы рассматривает возможность строительства собственных производственных мощностей, чтобы ускорить появление биоорганических батарей на рынке». 

Создание собственного производства потребует инвестиций, объём которых оценивается в $20 млн. На первом этапе удалось привлечь из венчурных фондов только $6,25 млн.