Une équipe interdisciplinaire de scientifiques de l'Université du Massachusetts à Amherst a produit une nouvelle classe de matériaux électroniques qui pourraient conduire à un « vert, " un avenir plus durable dans la détection biomédicale et environnementale, disent les chefs de recherche microbiologiste Derek Lovley et scientifique des polymères Todd Emrick.

Ils disent que leurs nouveaux travaux montrent qu'il est possible de combiner des nanofils protéiques avec un polymère pour produire un matériau composite électronique flexible qui conserve la conductivité électrique et les capacités de détection uniques des nanofils protéiques. Les résultats apparaissent dans le journal Petit .

Les nanofils protéiques présentent de nombreux avantages par rapport aux nanofils de silicium et aux nanotubes de carbone en termes de leur biocompatibilité, stabilité, et le potentiel d'être modifié pour détecter un large éventail de biomolécules et de produits chimiques d'intérêt médical ou environnemental, dit Loveley. Cependant, ces applications de capteurs nécessitent que les nanofils protéiques soient incorporés dans une matrice flexible adaptée à la fabrication de dispositifs de détection portables ou d'autres types de dispositifs électroniques.

Comme Lovley l'explique, "Nous étudions la fonction biologique des nanofils protéiques depuis plus d'une décennie, mais ce n'est que maintenant que nous pouvons voir une voie à suivre pour leur utilisation dans la fabrication pratique d'appareils électroniques. » Recherche postdoctorale Yun-Lu Sun, maintenant à l'Université du Texas à Austin, ont découvert les conditions appropriées pour mélanger des nanofils protéiques avec un polymère non conducteur pour produire le matériau composite électriquement conducteur. Il a démontré que bien que les fils soient faits de protéines, ils sont très durables et faciles à transformer en nouveaux matériaux.

« Un avantage supplémentaire est que les nanofils protéiques sont vraiment « verts », 'matériau durable, " Lovley ajoute. "Nous pouvons produire en masse des nanofils de protéines avec des microbes cultivés avec des matières premières renouvelables. La fabrication de matériaux de nanofils plus traditionnels nécessite des apports énergétiques élevés et des produits chimiques vraiment désagréables. » En revanche, il dit, "Les nanofils de protéines sont plus fins que les fils de silicium, et contrairement au silicium sont stables dans l'eau, ce qui est très important pour les applications biomédicales, comme la détection de métabolites dans la sueur. »

Emrick ajoute, "Ces nanofils de protéines électroniques ont une ressemblance surprenante avec les fibres polymères et nous essayons de comprendre comment combiner les deux plus efficacement."

Dans leur étude de preuve de concept, les nanofils de protéines ont formé un réseau électriquement conducteur lorsqu'ils ont été introduits dans le polymère d'alcool polyvinylique. Le matériau peut être traité dans des conditions difficiles, comme la chaleur, ou un pH extrême tel qu'une acidité élevée, qui pourrait ruiner un composite à base de protéines, mais il a continué à bien fonctionner.

La conductivité des nanofils protéiques intégrés dans le polymère a considérablement changé en réponse au pH. "Il s'agit d'un paramètre biomédical important pour le diagnostic de certaines conditions médicales graves, " Lovley explique. " Nous pouvons également modifier génétiquement la structure des nanofils protéiques d'une manière qui, nous l'espérons, permettra la détection d'un large éventail d'autres molécules d'importance biomédicale. "

Les nanofils de protéines électriquement conducteurs sont un produit naturel du micro-organisme Geobacter découvert dans la boue de la rivière Potomac par Lovley il y a plus de 30 ans. Geobacter utilise les nanofils protéiques pour établir des connexions électriques avec d'autres microbes ou minéraux. Il note, "Les experts en science des matériaux comme Todd Emrick et Thomas Russell de notre équipe méritent le mérite d'avoir introduit les nanofils protéiques dans le domaine des matériaux. Il ne s'agit plus seulement de boue."

Dans ce travail soutenu par les fonds du campus UMass Amherst pour la recherche exploratoire, les prochaines étapes pour l'équipe collaborative matériaux-microbiologie comprennent l'intensification de la production de matrices nanofil-polymère, dit Loveley.

Il fait remarquer, "Les scientifiques des matériaux ont besoin de beaucoup plus de nanofils que nous n'en avons l'habitude. Nous fabriquions des dés à coudre pour nos études biologiques. Ils ont besoin de seaux pleins, Nous nous concentrons donc maintenant sur la production de plus grandes quantités et sur l'adaptation des nanofils afin qu'ils répondent à d'autres molécules. » Les chercheurs ont également déposé un brevet sur l'idée d'un polymère conducteur composé de nanofils protéiques.