OAK RIDGE, Tenn., 19 April 2012 - Batas antara elektronik dan biologi kabur dengan deteksi pertama oleh para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge National Laboratory tentang sifat-sifat feroelektrik dalam asam amino yang disebut glisin.
Sebuah tim penelitian multi-institusional yang dipimpin oleh Andrei Kholkin dari University of Aveiro, Portugal, menggunakan kombinasi eksperimen dan pemodelan untuk mengidentifikasi dan menjelaskan keberadaan feroelektrik, sebuah properti di mana bahan-bahan mengalihkan polarisasi mereka ketika sebuah medan listrik diterapkan, di asam amino yang dikenal paling sederhana — glisin.
"Penemuan feroelektrik membuka jalur baru ke kelas novel logika bioelektronika dan perangkat memori, di mana pengalihan polarisasi digunakan untuk merekam dan mengambil informasi dalam bentuk domain feroelektrik," kata rekan penulis dan ilmuwan senior di Pusat Ilmu Nanofase Bahan ORNL di CNN. ) Sergei Kalinin.
Peneliti ORNL mendeteksi untuk pertama kalinya domain feroelektrik (terlihat sebagai garis merah) dalam asam amino yang paling sederhana - glisin.
Meskipun molekul biologis tertentu seperti glisin dikenal sebagai piezoelektrik, sebuah fenomena di mana bahan merespons tekanan dengan menghasilkan listrik, feroelektrik relatif jarang terjadi di bidang biologi. Dengan demikian, para ilmuwan masih belum jelas tentang aplikasi potensial biomaterial feroelektrik.
"Penelitian ini membantu membuka jalan menuju pembangunan perangkat memori yang terbuat dari molekul yang sudah ada di tubuh kita," kata Kholkin.
Misalnya, memanfaatkan kemampuan untuk mengubah polarisasi melalui medan listrik kecil dapat membantu membangun nanorobot yang dapat berenang melalui darah manusia. Kalinin memperingatkan bahwa teknologi nano seperti itu masih jauh di masa depan.
"Jelas ada jalan yang sangat panjang dari mempelajari kopling elektromekanis pada tingkat molekuler untuk membuat nanomotor yang dapat mengalir melalui darah," kata Kalinin. “Tetapi kecuali jika Anda memiliki cara untuk membuat motor ini dan mempelajarinya, tidak akan ada langkah kedua dan ketiga. Metode kami dapat menawarkan pilihan untuk studi kuantitatif dan reproduktif dari konversi elektromekanis ini. "
Studi ini, yang diterbitkan dalam Advanced Functional Materials, dibangun berdasarkan penelitian sebelumnya di CNN ORNL, di mana Kalinin dan yang lainnya sedang mengembangkan alat baru seperti mikroskop gaya piezoresponse yang digunakan dalam studi eksperimental glisin.
"Ternyata kekuatan mikroskop piezoresponse sangat cocok untuk mengamati detail halus dalam sistem biologis di skala nano," kata Kalinin. “Dengan jenis mikroskop ini, Anda memperoleh kemampuan untuk mempelajari gerakan elektromekanis pada tingkat molekul tunggal atau sejumlah kecil rakitan molekuler. Skala ini adalah tempat di mana hal-hal menarik dapat terjadi. ”
Laboratorium Kholkin menumbuhkan sampel kristal glisin yang dipelajari oleh timnya dan oleh kelompok mikroskop ORNL. Selain pengukuran eksperimental, ahli teori tim memverifikasi feroelektrik dengan simulasi dinamika molekul yang menjelaskan mekanisme di balik perilaku yang diamati.
Diterbitkan ulang dengan izin dari Oak Ridge National Laboratory.