В настоящее время такие продукты, как имплантаты сетчатки, нервные стимуляторы и кардиостимуляторы, используют электроны — частицы с отрицательным зарядом — для передачи диагностических данных или лечения заболеваний. Живые организмы используют протоны с положительным зарядом или ионы, которые представляют собой атомы, содержащие как электроны, так и протоны, для отправки таких сигналов. Открытие UCI может привести к созданию более совершенных материалов, проводящих ионы или протоны: например, имплантатов следующего поколения, которые могут передавать электрические сообщения в нервную систему, чтобы контролировать или препятствовать прогрессированию заболевания.
Алон Городецкий, доцент кафедры химического машиностроения и материаловедения инженерной школы Генри Самуэли, возглавил исследовательскую группу. «Природа действительно хороша в определенных вещах, которые нам иногда кажутся невероятно трудными», — сказал он. «Возможно, природа уже оптимизировала рефлексин для проведения протонов, поэтому мы можем извлечь уроки из этого белка и воспользоваться принципами естественного дизайна."
Он и его группа изучали рефлексию, чтобы понять, как она позволяет кальмарам изменять цвет и отражать свет. Они произвели белок кальмаров в обычных бактериях и использовали его для создания тонких пленок на кремниевой подложке. С помощью металлических электродов, контактировавших с пленкой, исследователи наблюдали взаимосвязь между током и напряжением в различных условиях.
Они обнаружили, что рефлектин переносит протоны почти так же эффективно, как и многие из лучших искусственных материалов.
Городецкий считает, что рефлексин имеет ряд преимуществ для биологической электроники.
Поскольку это мягкий биоматериал, рефлексин может соответствовать гибким поверхностям, и человеческое тело может с меньшей вероятностью отвергнуть его. Кроме того, принципы белковой инженерии могут быть использованы для модификации рефлектина для очень специфических целей и для того, чтобы белок разлагался, когда он больше не нужен.
«Мы планируем использовать рефлектен в качестве шаблона для разработки улучшенных материалов с ионной и протонной проводимостью», — сказал Городецкий. «Мы надеемся развить этот белок для оптимальной функциональности в определенных устройствах — таких как транзисторы, используемые для взаимодействия с нервными клетками — подобно тому, как белки развиваются для конкретных задач в природе."
Исследование опубликовано в июльском номере журнала Nature Chemistry.