Viruses can be tapped for electric power

Published : May 16, 2012 - 09:46 Updated : May 22, 2012 - 13:57

U.S. researchers say electricity generated by viruses could bring devices that generate power from everyday human activities like walking.

A paper-thin "viral" generator embedded in the sole of a shoe could charge a person's phone as they walk, scientists at the Lawrence Berkeley National Laboratory said.

The power would be generated by harmless viruses that convert mechanical energy into electricity by a phenomenon knows as piezoelectricity, which is the accumulation of a charge in a solid in response to mechanical stress.

The piezoelectric effect was discovered in 1880 and has been found in crystals, ceramics, bone, proteins and DNA.

Now scientists have made a thin film using a bacteriophage dubbed M13 that is benign to people but that has piezoelectric properties, the Berkeley lab reported.

This film was connected by wires to a liquid-crystal display, and when pressure was applied it produced up to six nanoamperes of current and 400 millivolts of potential -- about a quarter the voltage of a AAA battery -- enough current to flash the number "1" on the display.

"Because the tools of biotechnology enable large-scale production of genetically modified viruses, piezoelectric materials based on viruses could offer a simple route to novel microelectronics in the future," said Seung-Wuk Lee, a professor of bioengineering at the University of California, Berkeley. (UPI)

<한글 기사>

"걷기만 해도 충전되는 기술 개발 성공"

한국인 과학자가 이끄는 미국 연구진이 바이러스를 이용해 전기를 생산하는 압전기(壓電氣) 기술을 최초로 개발했다고 BBC 뉴스와 사이언스 데일리가 15일 보도했다.

이승욱 교수가 지도하는 버클리 국립연구소 과학자들은 특수 조작된 바이러스로 코팅된 우표 크기의 전극을 만들어 손가락으로 전극을 누르면 바이러스가 역학 에너 지를 전기로 바꾸도록 하는 최초의 실험에 성공했다고 네이처 나노기술지 최신호에 발표했다.

이들이 개발한 발전기는 생물물질의 압전기적 성질을 이용한 최초의 발전 장치 이다.

이교수는 "추가 연구가 필요하지만 우리의 연구는 개인용 발전기나 나노급 기기의 구동장치, 기타 바이러스 전자를 바탕으로 한 기기 개발을 향한 첫걸음"이라고 말했다.

연구진이 이용한 바이러스는 박테리아를 공격하지만 사람에게는 무해한 M13 박테리오파지(세균을 숙주 세포로 하는 바이러스)이다.

연구진은 이 바이러스의 표면을 덮고 있는 나선형 단백질의 한 끝에 4개의 음전하 분자를 덧붙이는 유전자 조작 기술 방식으로 단백질의 음극과 양극 사이의 전하 차이를 늘려 바이러스의 전압을 상승시켰다.

바이러스 사용의 또 다른 이점은 이들이 발전기의 구동을 가능케 하는 질서정연 한 막(膜)으로 스스로 정렬한다는 것이다. `자가조립'으로 알려진 이런 특성은 나노 기술 분야에서 절실히 필요로 하는 것이다.

연구진은 한 겹의 바이러스 층을 차곡차곡 쌓는 방식으로 성능을 강화한 결과 2 0겹일 때 최고의 압전기를 얻을 수 있다는 사실을 발견했다.

이들은 1㎠의 바이러스 다층막을 두 개의 금도금 전극 사이에 끼워놓고 액정 화면에 전선으로 연결한 뒤 전극에 압력을 가해 일반 배터리 전압의 4분의1 정도의 전압이 생기고 화면에 숫자 `1'이 나타나는 것을 시연으로 보여줬다.

이 박사는 "이는 작은 성과지만 원리를 입증한 것"이라면서 장차 문을 닫거나 계단을 오르는 것 같은 일상적인 동작에 따르는 진동으로부터 전기 에너지를 얻을 수 있을 것이라고 말했다.

압전기 효과는 1880년대에 수정과 세라믹, 뼈, 단백질, DNA 등에서 처음 발견돼 전기 라이터, 원자현미경 등에 활용돼 왔다.

그러나 압전기 기기를 만드는데 사용되는 물질이 유독성이고 다루기 어려워 지금까지 광범위하게 사용되지 못했다.