摘要
氣凝膠是一種超輕多孔材料，其基質(zhì)結(jié)構(gòu)可以通過互連 880 nm 長(zhǎng)的 M13 噬菌體顆粒形成。理論上，改變噬菌體特性會(huì)改變氣凝膠基質(zhì)，但使用當(dāng)前的生產(chǎn)系統(tǒng)嘗試這樣做會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)度不均勻。最近，麻省理工學(xué)院Angela M. Belcher、Christopher A. Voigt教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種產(chǎn)生窄長(zhǎng)度分布的噬菌粒系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在 50 到 2500 nm 的范圍內(nèi)以 0.3 nm 的增量進(jìn)行調(diào)整，并且通過突變外殼蛋白，持續(xù)長(zhǎng)度從 14 到 68 nm 不等。從 DNA 構(gòu)建到氣凝膠合成的每個(gè)步驟自動(dòng)化的機(jī)器人工作流程用于構(gòu)建 1200 個(gè)氣凝膠。這用于比較使用不同基質(zhì)構(gòu)建的 Ni-MnOx 陰極，揭示了性能指標(biāo)之間的帕累托最優(yōu)關(guān)系。這項(xiàng)工作展示了基因工程在創(chuàng)建“調(diào)諧旋鈕”以掃過材料參數(shù)空間方面的應(yīng)用；在這種情況下，是為了創(chuàng)造一個(gè)強(qiáng)大的、高容量的電池。相關(guān)論文以題為Genetic Control of Aerogel and Nanofoam Properties, Applied to Ni–MnOx Cathode Design發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。
總結(jié)
該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)在支架噬菌體的遺傳學(xué)中編碼氣凝膠或水凝膠的結(jié)構(gòu)特征。然后可以在不改變化學(xué)或加工條件的情況下進(jìn)行突變以掃描材料特性。作為一根 880 nm 的棒，M13 噬菌體的幾何形狀已被證明可用于支架大量材料，包括電池、催化、光伏電池、傳感器和光學(xué)工具?？刂茥U的長(zhǎng)度和剛度為探索噬菌體材料空間的新區(qū)域鋪平了道路，具有潛在的新功能特性，但之前的努力導(dǎo)致混合種群導(dǎo)致異質(zhì)材料。借助新設(shè)計(jì)的噬菌粒/輔助質(zhì)粒系統(tǒng) (f1-α/f1-δΔ29) 和材料構(gòu)建過程的自動(dòng)化，團(tuán)隊(duì)能夠訪問噬菌體模板材料開發(fā)的新參數(shù)。團(tuán)隊(duì)也可以通過凝膠孔隙率和支架形態(tài)來確定目標(biāo)應(yīng)用的最佳材料。孔隙率控制對(duì)于噬菌體模板材料的許多應(yīng)用至關(guān)重要，包括柔性電極、過濾膜和藥物遞送系統(tǒng)?？刂撇牧现械慕饘偌{米線形態(tài)對(duì)于光子/電子納米器件和生物醫(yī)學(xué)傳感器至關(guān)重要。
