Ecrit dans la revue NanoResearch, une équipe de l'Université du Massachusetts à Amherst rapporte cette semaine qu'elle a développé des capteurs bioélectroniques d'ammoniac qui sont parmi les plus sensibles jamais fabriqués.

Le capteur utilise des nanofils protéiques conducteurs de charges électriques dérivés de la bactérie Geobacter pour fournir des biomatériaux pour les appareils électriques. Il y a plus de 30 ans, L'auteur principal et microbiologiste Derek Lovley a découvert Geobacter dans la boue d'une rivière. Les microbes font pousser des filaments de protéines ressemblant à des cheveux qui fonctionnent comme des « fils » nanométriques pour transférer les charges nécessaires à leur alimentation et pour communiquer avec d'autres bactéries.

Premier auteur et doctorant en génie biomédical Alexander Smith, avec son conseiller Jun Yao et Lovley, disent qu'ils ont conçu ce premier capteur pour mesurer l'ammoniac parce que ce gaz est important pour l'agriculture, l'environnement et la biomédecine. Par exemple, chez l'homme, l'ammoniac sur l'haleine peut signaler une maladie, en aviculture, le gaz doit être étroitement surveillé et contrôlé pour la santé et le confort des oiseaux et pour éviter les déséquilibres alimentaires et les pertes de production.

Yao dit, "Ce capteur vous permet d'effectuer une détection de haute précision, c'est bien mieux que les capteurs électroniques précédents." Smith ajoute, "Chaque fois que je fais une nouvelle expérience, Je suis agréablement surpris. Nous ne nous attendions pas à ce qu'ils travaillent aussi bien qu'ils l'ont fait. Je pense vraiment qu'ils pourraient avoir un réel impact positif sur le monde."

Smith dit que les capteurs électroniques existants ont souvent une sensibilité limitée ou faible, et ils sont sujets aux interférences d'autres gaz. En plus d'une fonction supérieure et d'un faible coût, il ajoute, "nos capteurs sont biodégradables donc ils ne produisent pas de déchets électroniques, et ils sont produits de manière durable par des bactéries utilisant des matières premières renouvelables sans avoir besoin de produits chimiques toxiques. »

Smith a mené les expériences au cours des 18 derniers mois dans le cadre de son doctorat. travail. Les études antérieures de Lovley savaient que la conductivité des nanofils protéiques changeait en réponse au pH (le niveau acide ou basique) de la solution autour des nanofils protéiques. Cela a poussé les chercheurs à tester l'idée qu'ils pourraient être très sensibles à la liaison de molécules pour la biodétection. "Si vous les exposez à un produit chimique, les propriétés changent et vous pouvez mesurer la réponse, ", note Smith.

Lorsqu'il a exposé les nanofils à l'ammoniac, "la réponse a été vraiment perceptible et significative, " Smith dit. " Dès le début, nous avons découvert que nous pouvions régler les capteurs d'une manière qui montre cette réponse significative. Ils sont vraiment sensibles à l'ammoniac et beaucoup moins aux autres composés, les capteurs peuvent donc être très spécifiques."

Loveley ajoute, que les nanofils "très stables" durent longtemps, le capteur fonctionne de manière cohérente et robuste après des mois d'utilisation, et fonctionne si bien "c'est remarquable".

Yao dit, "Ces nanofils de protéines m'étonnent toujours. Cette nouvelle utilisation est dans un domaine complètement différent de celui dans lequel nous avions travaillé auparavant." Précédemment, l'équipe a rapporté avoir utilisé des nanofils de protéines pour récupérer l'énergie de l'humidité et les utiliser comme memristors pour le calcul biologique.

Forgeron, qui se dit "entrepreneur, " a remporté la première place au Challenge Innovation 2018 d'UMass Amherst pour le plan d'affaires de démarrage de l'entreprise qu'il a formée avec Yao et Lovley, e-Biologie. Les chercheurs ont donné suite à une demande de brevet, collecte de fonds, des plans de développement commercial et de recherche et développement.

Lovley dit, "Ce travail est la première preuve de concept pour le capteur à nanofils. Une fois de retour dans le laboratoire, nous développerons des capteurs pour d'autres composés. Nous travaillons à les adapter à un éventail d'autres composés. »