Le réglage des matériaux pour des propriétés optiques et électriques optimales devient monnaie courante. Maintenant, les chercheurs et les fabricants peuvent être en mesure d'ajuster les matériaux pour la conductivité thermique en utilisant une protéine inspirée du calmar composée de plusieurs répétitions d'ADN.

« Maîtriser le transport thermique dans les technologies modernes – réfrigération, stockage de données, l'électronique ou les textiles - est un problème non résolu, " a déclaré Melik Demirel, professeur de sciences de l'ingénieur et de mécanique et directeur, Centre de recherche sur les technologies avancées de fibre à Penn State. "Par exemple, la plupart des matières plastiques standard ont une très faible conductivité thermique et ce sont des isolants thermiques. Ces bio-matériaux à base de calamar sur lesquels nous travaillons ont une faible conductivité à humidité ambiante, mais ils peuvent être conçus de manière à ce que leur conductivité thermique augmente considérablement."

Dans ce cas, l'augmentation dépend du nombre de répétitions en tandem dans la protéine, et peut être 4,5 fois plus important que les augmentations observées dans les plastiques conventionnels. Les répétitions en tandem sont des chaînes d'ADN répétées que l'on trouve dans la nature, dans ce cas, dans les dents de l'anneau de calmar.

Une utilisation potentielle de ce film de bioprotéines pourrait être comme revêtement de tissu, surtout pour les vêtements de sport, ont dit les chercheurs. Le matériau pourrait être parfaitement confortable et douillet au quotidien, mais lorsqu'il est réellement utilisé pour une activité intense, la sueur produite par le porteur pourrait « faire basculer » l'interrupteur thermique et permettre au tissu d'évacuer la chaleur du corps du porteur.

Demirel et son équipe ont conçu des protéines synthétiques qui sont modelées sur des séquences répétées en tandem. Ils sont capables de choisir le nombre de répétitions qu'ils souhaitent et d'étudier comment les différentes protéines réagissent, dans ce cas, à l'humidité.

"Dans des conditions ambiantes - moins de 35% d'humidité - la conductivité thermique de ces films protéiques ne dépend pas des unités répétées ou du poids moléculaire, et démontrent des conductivités thermiques similaires aux polymères désordonnés et aux protéines insolubles dans l'eau, " les chercheurs rapportent aujourd'hui (13 août) dans Nature Nanotechnologie .

Cependant, lorsque les films sont conçus pour avoir une topologie moléculaire plus élevée, la conductivité thermique saute lorsqu'ils deviennent plus humides, par une humidité élevée, eau ou sueur. En collaboration avec l'équipe de l'Université de Virginie et le NIST, les chercheurs ont découvert qu'au fur et à mesure que le nombre de répétitions en tandem augmentait, la conductivité thermique a fait aussi bien.

"Parce que la conductivité thermique à l'état humide est linéairement liée au nombre de répétitions, nous pouvons programmer la quantité de conductivité thermique dans le matériau, " dit Demirel. " Alors, nous pourrions faire de meilleurs interrupteurs thermiques, des régulateurs et des diodes similaires aux appareils hautes performances pour résoudre les problèmes des technologies modernes telles que la réfrigération, stockage de données, électronique ou textile."

Lorsque le matériau revient à une humidité ambiante normale ou inférieure, l'interrupteur s'éteint, et la protéine ne conduit plus la chaleur aussi efficacement.