Des scientifiques de l'Université du Massachusetts à Amherst rapportent dans le numéro actuel de Petit qu'ils ont génétiquement conçu une nouvelle souche de bactéries qui tisse des fils extrêmement minces et hautement conducteurs constitués uniquement de non-toxique, acides aminés naturels.

Les chercheurs dirigés par le microbiologiste Derek Lovely disent que les fils, qui rivalisent avec les fils les plus fins connus de l'homme, sont produits à partir d'énergies renouvelables, matières premières peu coûteuses et éviter les processus chimiques agressifs généralement utilisés pour produire des matériaux nanoélectroniques.

Loveley dit, « De nouvelles sources de matériaux électroniques sont nécessaires pour répondre à la demande croissante de fabrication plus petites, des appareils électroniques plus puissants de manière durable. » La capacité de produire en série des fils conducteurs aussi minces avec cette technologie durable a de nombreuses applications potentielles dans les appareils électroniques, fonctionnant non seulement comme des fils, mais aussi des transistors et des condensateurs. Les applications proposées incluent des capteurs biocompatibles, appareils informatiques, et en tant que composants de panneaux solaires.

Cette avancée a commencé il y a une dizaine d'années, lorsque Lovley et ses collègues ont découvert que Geobacter, un micro-organisme commun du sol, pourrait produire des « nanofils microbiens, " des filaments de protéines électriquement conducteurs qui aident le microbe à se développer sur les minéraux de fer abondants dans le sol. Ces nanofils microbiens étaient suffisamment conducteurs pour répondre aux besoins de la bactérie, mais leur conductivité était bien inférieure aux conductivités des fils organiques que les chimistes pouvaient synthétiser.

"Au fur et à mesure que nous en apprenions davantage sur le fonctionnement des nanofils microbiens, nous avons réalisé qu'il pourrait être possible d'améliorer la conception de Nature, " dit Lovley. " Nous savions qu'une classe d'acides aminés était importante pour la conductivité, Nous avons donc réarrangé ces acides aminés pour produire un nanofil synthétique qui, selon nous, pourrait être plus conducteur."

L'astuce qu'ils ont découverte pour y parvenir était d'introduire du tryptophane, un acide aminé non présent dans les nanofils naturels. Le tryptophane est un acide aminé aromatique commun connu pour causer de la somnolence après avoir mangé de la dinde de Thanksgiving. Cependant, il est également très efficace à l'échelle nanométrique pour le transport d'électrons.

"Nous avons conçu un nanofil synthétique dans lequel un tryptophane a été inséré là où la nature avait utilisé une phénylalanine et mis un autre tryptophane pour l'une des tyrosines. Nous espérions avoir de la chance et que Geobacter pourrait encore former des nanofils à partir de ce peptide synthétique et peut-être doubler le nanofil conductivité, " dit Lovley.

Les résultats ont largement dépassé les attentes des scientifiques. Ils ont génétiquement modifié une souche de Geobacter et fabriqué de grandes quantités de nanofils synthétiques 2000 fois plus conducteurs que le produit biologique naturel. Un bonus supplémentaire est que les nanofils synthétiques, que Lovley appelle « biowire, " avait un diamètre moitié seulement de celui du produit naturel.

"Nous avons été bluffés par ce résultat, " dit Lovley. La conductivité du biofil dépasse celle de nombreux types de nanofils organiques produits chimiquement avec des diamètres similaires. Le diamètre extrêmement fin de 1,5 nanomètre (plus de 60, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain) signifie que des milliers de fils peuvent facilement être emballés dans un très petit espace.

L'avantage supplémentaire est que la fabrication de biofils ne nécessite aucun des produits chimiques dangereux nécessaires à la synthèse d'autres nanofils. Aussi, biowire ne contient aucun composant toxique. « Geobacter peut être cultivé sur des matières premières organiques renouvelables bon marché, c'est donc un processus très « vert », " note-t-il. Et, bien que le biofil soit fait de protéines, il est extrêmement résistant. En réalité, Le laboratoire de Lovley a dû travailler pendant des mois pour établir une méthode pour le décomposer.

"C'est une protéine assez inhabituelle, " Lovley dit. "Ce n'est peut-être que le début", ajoute-t-il. Les chercheurs de son laboratoire ont récemment produit plus de 20 autres souches de Geobacter, chacun produisant une variante de fil biologique distincte avec de nouvelles combinaisons d'acides aminés. Il note, "J'espère que notre succès initial attirera plus de financement pour accélérer le processus de découverte. Nous espérons pouvoir modifier le biofil d'autres manières pour étendre ses applications potentielles."