Белки вируса табачной мозаики помогли создать экологичные нанолисты для солнечной энергетики

Исследователи из Университета Макгилла в области химии разработали простой и экологичный метод упорядочивания наночастиц золота в сверхтонкие листы, используя белки распространённого вируса табачной мозаики. Этот подход усиливает оптические свойства частиц и открывает путь к созданию более дешёвых и безопасных материалов для солнечных панелей, датчиков и продвинутых оптических устройств.

Эффективность золотых наночастиц в усилении оптических сигналов проявляется только тогда, когда они упорядоченно расположены на поверхности и находятся на строго определённом расстоянии друг от друга. До сих пор создание таких структур требовало использования агрессивных химикатов и жёстко контролируемых лабораторных условий.

Прорыв команды из Макгилла заключался в модификации вируса табачной мозаики, который в воде при комнатной температуре стал самособираться в листы с правильно расположенными наночастицами золота.

Если вы просто набросаете эти наночастицы на поверхность, какая-то их часть случайным образом вызовет усиление сигнала, — пояснила доцент и соавтор исследования Эми Блюм. — Но если вы можете зафиксировать их на оптимальном расстоянии, то вся поверхность становится активной.

В результате получается наноматериал, который можно производить с меньшими затратами и с меньшим воздействием на окружающую среду по сравнению с существующими методами. Исследование опубликовано в журнале Small.

Строительные блоки природы

Эми Блюм отметила, что эта работа представляет собой важный шаг на пути к созданию устойчивых наноматериалов для повседневных технологий.

Речь идёт об использовании строительных блоков природы, чтобы сделать технологии чище, дешевле и умнее, — сказала исследовательница. — В целях безопасности мы не используем активный вирус. Мы используем только его оболочку, которая не содержит генетического материала.

Создание белкового каркаса

Для создания каркаса команда модифицировала белок вируса, добавив короткую цепочку гистидина — по сути, крошечные «крючки», которые цепляются за наночастицы золота и направляют белки к самосборке в сверхтонкие листы.

Мы полагаемся на большое количество очень слабых взаимодействий, — объяснила Блюм. — Если взаимодействие одно, структура точно не удержится. Если их пятнадцать, она будет держаться очень и очень жёстко.

Без этой модификации белок имеет тенденцию слипаться. Более слабые взаимодействия, напротив, побуждают белки располагаться плоско, отметила учёный.

Команда с удивлением обнаружила, что при определённых условиях листы могут сворачиваться в наноразмерные трубки. По словам Блюм, это открывает путь для исследований, которые могут проверить, смогут ли такие трубки однажды функционировать как наноскопические волоконно-оптические кабели.

Больше информации: Ismael Abu‐Baker et al, Extended Plasmonic Nanostructures Templated by Tobacco Mosaic Virus Coat Protein, Small (2025). DOI: 10.1002/smll.202507076

Источник: McGill University

ИИ: Это интересный пример того, как биоинспирированные подходы и «зелёная» химия могут решать сложные технологические задачи. Вместо того чтобы бороться с природой, учёные используют её механизмы, что выглядит многообещающе для устойчивого развития нанотехнологий.