Stroom op? Sla eens hard op een virus

Door virus M13 te pletten wordt elektriciteit opgewekt. Veel is het niet; je kunt er net een sensor mee voeden.

Redacteur Technologie

Van alle manieren om elektriciteit op te wekken, ligt ‘virussen platdrukken’ niet het meest voor de hand. Toch kan het, lieten biotechnologen en materiaalkundigen van de universiteit van Berkeley eergisteren zien in Nature Nanotechnology.

Sommige materialen kunnen spanning en dus stroom genereren als ze vervormen. Het verschijnsel heet piëzo-elektriciteit. Sluit piëzo-elektrisch materiaal aan op een stroomkring, geef er een mep op en voilà: een beetje elektriciteit. De meeste piëzo-elektrische materialen zijn kristallen, zoals kwarts. Een kwartskristal kan dus gebruikt worden als druksensor of versnellingsmeter. Maar met de virussen van Berkeley, Californië, slaagt de truc ook.

Waarom virussen? Omdat er vraag is naar nieuwe piëzo-elektrische materialen. Kwarts genereert niet veel stroom. Wie meer elektriciteit wil halen met minder slagkracht – bijvoorbeeld bij gevoelige sensors – gebruikt tegenwoordig de loodverbinding PZT. Loodzirkonaattitanaat. PZT is meer dan honderd keer zo drukgevoelig als kwarts; het hoort bij de efficiëntste piëzo-elektrische verbindingen. Maar het is giftig: bij verbranding komt toxisch loodgas vrij.

„De giftigheid van PZT staat grootschalige toepassing in de weg”, zegt Beatriz Noheda. Ze is aan de Rijksuniversiteit Groningen hoogleraar ‘functionele nanomaterialen’ en was niet bij de Amerikaanse studie betrokken. „Het mooie van deze virussen is dat ze makkelijk te maken zijn en niet giftig.”

De onderzoekers van Berkeley gebruikten de M13-faag, een staafvormig virus dat bacteriën infecteert. Zoals bij alle virussen is de mantel (de wand) van M13 opgebouwd uit eiwitten die in een regelmatig patroon aan elkaar gehecht zijn. Die eiwitten zijn langwerpig. Eén kant is meer positief geladen, de andere kant meer negatief.

Die eigenschap maakt M13 geschikt als piëzo-elektrisch materiaal. Druk erop en de manteleiwitten verschuiven ten opzichte van elkaar. Dat verandert de elektrische lading en dat geeft piëzo-elektriciteit. De Californische wetenschappers, onder leiding van Seung-Wuk Lee, voerden M13 nog wat op met genetische modificatie. Ze plakten twee negatieve aminozuren aan de staart en vergrootten zo de ladingsverschillen.

De virussen zijn eenvoudig te kweken in bacteriën en rangschikken zich netjes tot een dunne film van 0,0001 millimeter die in een stroomkring ingebouwd kon worden. Simpel en milieuvriendelijk, aldus Lee.

Noheda reageert: „Maar ze halen er wel weinig elektriciteit uit.” De piëzo-elektrische ‘kracht’ van de virussen is zeker twaalf keer zo klein als die van PZT. De energieopbrengst ligt in de orde van nanowatts, dus een miljardste joule per seconde. „Dat maakt dit alleen geschikt voor sensors, niet om energie op te wekken. En wat ook belangrijk is: hoe robuust is zo’n virusfilm?”

Duwen, los, duwen, los, en dat jarenlang. Daar is een virus niet op gebouwd.