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 長的 M13 噬菌體顆粒形成。理論上，改變噬菌體特性會改變氣凝膠基質(zhì)，但使用當前的生產(chǎn)系統(tǒng)嘗試這樣做會導致長度不均勻。最近，麻省理工學院Angela M. Belcher、Christopher A. Voigt教授團隊設計了一種產(chǎn)生窄長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 的增量進行調(diào)整，并且通過突變外殼蛋白，持續(xù)長度從 14 到 68 nm 不等。從 DNA 構(gòu)建到氣凝膠合成的每個步驟自動化的機器人工作流程用于構(gòu)建 1200 個氣凝膠。這用于比較使用不同基質(zhì)構(gòu)建的 Ni-MnOx 陰極，揭示了性能指標之間的帕累托最優(yōu)關(guān)系。這項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)空間方面的應用；在這種情況下，是為了創(chuàng)造一個強大的、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)
該團隊系統(tǒng)在支架噬菌體的遺傳學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或加工條件的情況下進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、傳感器和光學工具。控制桿的長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，但之前的努力導致混合種群導致異質(zhì)材料。借助新設計的噬菌粒/輔助質(zhì)粒系統(tǒng) (f1-α/f1-δΔ29) 和材料構(gòu)建過程的自動化，團隊能夠訪問噬菌體模板材料開發(fā)的新參數(shù)。團隊也可以通過凝膠孔隙率和支架形態(tài)來確定目標應用的最佳材料?？紫堵士刂茖τ谑删w模板材料的許多應用至關(guān)重要，包括柔性電極、過濾膜和藥物遞送系統(tǒng)。控制材料中的金屬納米線形態(tài)對于光子/電子納米器件和生物醫(yī)學傳感器至關(guān)重要。
