Des scientifiques parrainés par l'Office of Naval Research (ONR) ont génétiquement modifié une bactérie commune du sol pour créer des fils électriques qui non seulement conduisent l'électricité, mais sont des milliers de fois plus minces qu'un cheveu humain.

Alors que les appareils électroniques touchent de plus en plus toutes les facettes de la vie des gens, il y a un appétit croissant pour une technologie plus petite, plus rapide, plus mobile et plus puissant que jamais. Grâce aux avancées des nanotechnologies (manipulation de la matière à l'échelle atomique ou moléculaire), l'industrie ne peut fabriquer des matériaux que d'un milliardième de mètre d'épaisseur.

Les chercheurs parrainés par l'ONR, dirigés par le microbiologiste Derek Lovley de l'Université du Massachusetts à Amherst, affirment que leurs fils techniques peuvent être produits à l'aide de ressources énergétiques « vertes » renouvelables comme l'énergie solaire, dioxyde de carbone ou déchets végétaux; sont faits de non toxique, protéines naturelles; et éviter les processus chimiques agressifs généralement utilisés pour créer des matériaux nanoélectroniques.

"Des recherches comme celles du Dr Lovley pourraient conduire au développement de nouveaux matériaux électroniques pour répondre à la demande croissante de petits, des appareils informatiques plus puissants, " a déclaré le Dr Linda Chrisey, un officier de programme au sein du département Warfighter Performance de l'ONR, qui parraine la recherche. "Être capable de produire des fils extrêmement minces avec des matériaux durables a un énorme potentiel d'application en tant que composants d'appareils électroniques tels que des capteurs, transistors et condensateurs."

La pièce maîtresse du travail de Lovley est Geobacter, une bactérie qui produit des nanofils microbiens - des filaments de protéines ressemblant à des cheveux dépassant de l'organisme - lui permettant d'établir des connexions électriques avec les oxydes de fer qui soutiennent sa croissance dans le sol. Bien que Geobacter transporte naturellement assez d'électricité pour sa propre survie, le courant est trop faible pour un usage humain, mais est suffisant pour être mesuré avec des électrodes.

L'équipe de Lovley a modifié la constitution génétique de la bactérie pour remplacer deux acides aminés naturellement présents dans les fils par du tryptophane, ce qui est blâmé (à tort, certains disent) pour la somnolence qui résulte de trop de dinde de Thanksgiving. Allégations alimentaires mises à part, le tryptophane est en fait très efficace pour transporter des électrons à l'échelle nanométrique.

« 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 la nature, " a déclaré Lovley. "Nous avons réarrangé les acides aminés pour produire un nanofil synthétique que nous pensions être plus conducteur. Nous espérions que Geobacter pourrait encore former des nanofils et doubler leur conductivité."

Les résultats ont dépassé les attentes de l'équipe en tant que synthétique, les nanofils infusés au tryptophane étaient 2, 000 fois plus conducteurs que leurs homologues naturels. Et ils étaient plus durables et beaucoup plus petits, d'un diamètre de 1,5 nanomètres (plus de 60, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain), ce qui signifie que des milliers de nanofils pourraient éventuellement être stockés dans les plus petits espaces.

Lovley et Chrisey affirment tous deux que ces nanofils ultra-miniatures ont de nombreuses applications potentielles, car les appareils électroniques et informatiques continuent de diminuer en taille. Par exemple, ils peuvent être installés dans des capteurs médicaux, où leur sensibilité aux changements de pH peut surveiller la fréquence cardiaque ou la fonction rénale.

Du point de vue militaire, les nanofils pourraient alimenter en courants électriques des microbes spécialement conçus pour créer du butanol, un carburant alternatif. Cela serait particulièrement utile dans des endroits éloignés comme l'Afghanistan, où les convois de carburant sont souvent attaqués et où il en coûte des centaines de dollars par gallon pour expédier du carburant aux combattants.

Les nanofils de Lovley peuvent également jouer un rôle crucial dans l'alimentation de microbes hautement sensibles (qui pourraient être placés sur une puce de silicium et attachés à des véhicules sans pilote) qui pourraient détecter la présence de polluants, produits chimiques toxiques ou explosifs.

« C'est une période passionnante pour être à la pointe de la création de nouveaux types de matériaux électroniques, " a déclaré Lovley. " Le fait que nous puissions le faire avec des les matériaux renouvelables le rendent encore plus gratifiant."

Les recherches de Lovley s'inscrivent dans les efforts de l'ONR en biologie synthétique, qui crée ou réorganise des microbes ou d'autres organismes pour effectuer des tâches spécifiques telles que l'amélioration de la santé et des performances physiques. Le domaine est une priorité de recherche de l'ONR en raison de son impact potentiel considérable sur les performances des combattants et les capacités de la flotte.