'N Nuwe, hoogs sensitiewe chemiese sensor gebruike proteïen nanodrade

Die sensor gebruik-elektriese-lading uitvoer proteïen nanodrade afgelei van die bakterie Geobacter om biomateriale voorsiening te maak vir elektriese toestelle. Meer as 30 jaar gelede, senior skrywer en mikrobioloog Derek Lovley ontdek Geobacter in rivier modder. Die mikrobes groei haaragtige proteïen filamente wat werk as nanoskaal "drade" om oordrag koste vir hul voeding en om te kommunikeer met ander bakterieë.

Eerste outeur en biomediese ingenieurswese doktorale student Alexander Smith, met sy raadgewer Junie Yao en Lovley, sê hulle hierdie eerste sensor te meet ammoniak ontwerp omdat dit gas is belangrik om die landbou, die omgewing en die mediese biologie. Byvoorbeeld, in die mens, ammoniak op die asem kan sein siekte, terwyl in hoenderboerdery, die gas moet noukeurig gemonitor en beheer word vir voël gesondheid en gerief en om te verhoed dat voer wanbalanse en produksie verliese.

Yao sê: "Dit sensor kan jy 'n hoë-presisie sensing doen;. Dit is baie beter as die vorige elektroniese sensors" Smith voeg by: "Elke keer as ek doen 'n nuwe eksperiment, ek aangenaam verras. Ons het hulle nie verwag om die werk sowel as wat hulle het. Ek dink regtig hulle kan 'n ware positiewe impak op die wêreld het."

Smith sê bestaande elektroniese sensors dikwels óf beperk of lae sensitiwiteit, en hulle is geneig om inmenging van ander gasse. In bykomend tot beter funksie en 'n lae koste, voeg hy by, "ons sensors is bioafbreekbaar sodat hulle nie elektroniese afval produseer, en hulle volhoubaar geproduseer deur bakterieë gebruik van hernubare voerstowwe sonder die behoefte aan giftige chemikalieë."

Smith gedoen om die eksperimente oor die afgelope 18 maande as deel van sy Ph.D. werk. Dit is bekend uit Lovley se vorige studies wat geleiding die proteïen nanodrade 'verander in reaksie op pH, die suur of basis van gemeenskaplike vlak van oplossing rondom die proteïen nanodrade. Dit verskuif die navorsers aan die idee dat hulle hoogs gevoelig vir molekule bindend vir Bios Sing kon wees toets. "As jy hulle bloot te stel aan 'n chemiese, die eienskappe te verander en jy kan die reaksie, meet" Smith notas.

Toe hy die nanodrade blootgestel aan ammoniak, "die reaksie was baie opvallend en betekenisvol," sê Smith. "Vroeg op, het ons gevind ons kan inskakel die sensors in 'n manier wat toon hierdie betekenisvolle reaksie. Hulle is regtig sensitief vir ammoniak en veel minder na ander verbindings, so die sensors baie spesifieke kan wees."

Lovley voeg, wat die "baie stabiel" nanodrade laaste 'n lang tyd, die sensor funksies konsekwent en kragtig na maande van gebruik, en werk so goed "dit is merkwaardig."

Yao sê: "Hierdie proteïen nanodrade is altyd wonderlike my. Hierdie nuwe gebruik is in 'n heeltemal ander omgewing as ons in voor gewerk het." Voorheen, het die span berig behulp van proteïen nanodrade te oes energie van humiditeit en die toepassing daarvan as memristors vir biologiese rekenaar.

Smith, wat homself "entrepreneuriese," het die eerste plek in UMass Amherst se 2018 Innovation Challenge vir die startup sakeplan vir die maatskappy wat hy gestig met Yao en Lovley, e-Biologiese. Die navorsers het opgevolg met 'n patent aansoek, fondsinsameling, sake-ontwikkeling en planne navorsing en ontwikkeling.

Lovley sê: "Hierdie werk is die eerste bewys-van-konsep vir die nano draad sensor. Sodra ons terug te kry in die laboratorium, sal ons sensors te ontwikkel vir ander verbindings. Ons is besig om op tuning hulle vir 'n verskeidenheid van ander verbindings."

Ondersteuning vir die werk gekom as 'n loopbaan toekenning en Nagraadse Navorsing Fellowship van die National Science Foundation, UMass Amherst se Kantoor van Tegnologie Kommersialisering en Ventures en die kampus se Sentrum vir Hiërargiese Manufacturing, 'n-NSF befonds Nanoschaal Science and Engineering Center.