Des scientifiques de l'Université du Massachusetts à Amherst ont mis au point un appareil qui utilise une protéine naturelle pour créer de l'électricité à partir de l'humidité de l'air, une nouvelle technologie, selon eux, pourrait avoir des implications importantes pour l'avenir des énergies renouvelables, changement climatique et dans l'avenir de la médecine.

Comme indiqué aujourd'hui dans La nature , les laboratoires de l'ingénieur électricien Jun Yao et du microbiologiste Derek Lovley à UMass Amherst ont créé un appareil qu'ils appellent un "Air-gen". ou groupe électrogène pneumatique, avec des nanofils de protéines électriquement conductrices produites par le microbe Geobacter. L'Air-gen connecte des électrodes aux nanofils protéiques de telle sorte qu'un courant électrique soit généré à partir de la vapeur d'eau naturellement présente dans l'atmosphère.

"Nous fabriquons littéralement de l'électricité à partir de rien, " dit Yao. " L'Air-gen génère de l'énergie propre 24h/24 et 7j/7. qui a fait progresser les matériaux électroniques durables basés sur la biologie sur trois décennies, ajoute, "C'est l'application la plus étonnante et la plus excitante des nanofils de protéines à ce jour."

La nouvelle technologie développée dans le laboratoire de Yao est non polluante, renouvelable et à faible coût. Il peut générer de l'électricité même dans des zones à très faible humidité comme le désert du Sahara. Il présente des avantages significatifs par rapport aux autres formes d'énergie renouvelable, notamment l'énergie solaire et éolienne, Lovley dit, car contrairement à ces autres sources d'énergie renouvelables, l'Air-gen ne nécessite ni soleil ni vent, et "ça marche même à l'intérieur."

Le dispositif Air-gen ne nécessite qu'un film mince de nanofils protéiques de moins de 10 microns d'épaisseur, expliquent les chercheurs. Le fond du film repose sur une électrode, tandis qu'une électrode plus petite qui ne couvre qu'une partie du film de nanofil se trouve sur le dessus. Le film adsorbe la vapeur d'eau de l'atmosphère. Une combinaison de la conductivité électrique et de la chimie de surface des nanofils protéiques, couplé aux pores fins entre les nanofils à l'intérieur du film, établit les conditions qui génèrent un courant électrique entre les deux électrodes.

Les chercheurs disent que la génération actuelle d'appareils Air-gen est capable d'alimenter de petits appareils électroniques, et ils s'attendent à amener l'invention à une échelle commerciale bientôt. Les prochaines étapes qu'ils prévoient comprennent le développement d'un petit "patch" Air-gen qui peut alimenter des appareils électroniques tels que des moniteurs de santé et de fitness et des montres intelligentes, ce qui éliminerait le besoin de batteries traditionnelles. Ils espèrent également développer Air-gens à appliquer aux téléphones portables pour éliminer les charges périodiques.

Yao dit, "Le but ultime est de faire des systèmes à grande échelle. Par exemple, la technologie pourrait être incorporée dans la peinture murale qui pourrait aider à alimenter votre maison. Ou, nous pouvons développer des générateurs pneumatiques autonomes qui fournissent de l'électricité à partir du réseau. Une fois que nous arrivons à une échelle industrielle pour la production de fil, Je m'attends pleinement à ce que nous puissions créer de grands systèmes qui apporteront une contribution majeure à la production d'énergie durable."

Continuer à faire progresser les capacités biologiques pratiques de Geobacter, Le laboratoire de Lovley a récemment développé une nouvelle souche microbienne pour produire en masse plus rapidement et à moindre coût des nanofils de protéines. "Nous avons transformé E. coli en une usine de nanofils de protéines, " dit-il. " Avec ce nouveau processus évolutif, l'approvisionnement en nanofils de protéines ne sera plus un goulot d'étranglement pour le développement de ces applications."

La découverte Air-gen reflète une collaboration interdisciplinaire inhabituelle, ils disent. Lovley a découvert le microbe Geobacter dans la boue de la rivière Potomac il y a plus de 30 ans. Son laboratoire a découvert plus tard sa capacité à produire des nanofils de protéines électriquement conducteurs. Avant de venir à UMass Amherst, Yao avait travaillé pendant des années à l'Université Harvard, où il a conçu des appareils électroniques avec des nanofils de silicium. Ils ont uni leurs forces pour voir si des dispositifs électroniques utiles pouvaient être fabriqués avec les nanofils de protéines récoltés à partir de Geobacter.

Xiaomeng Liu, un doctorat étudiant dans le laboratoire de Yao, développait des capteurs lorsqu'il a remarqué quelque chose d'inattendu. Il se souvient, "J'ai vu que lorsque les nanofils étaient mis en contact avec des électrodes d'une manière spécifique, les appareils généraient un courant. J'ai trouvé que cette exposition à l'humidité atmosphérique était essentielle et que les nanofils de protéines adsorbaient l'eau, produisant un gradient de tension à travers l'appareil."

En plus de l'Air-gen, Le laboratoire de Yao a développé plusieurs autres applications avec les nanofils protéiques. "Ce n'est que le début d'une nouvelle ère de dispositifs électroniques à base de protéines", a déclaré Yao.