Una nueva, altamente sensibles usos sensor químico nanocables de proteínas

El sensor utiliza nanocables de proteínas eléctrico de carga conductora de derivados de la bacteria Geobacter para proporcionar biomateriales para dispositivos eléctricos. Hace más de 30 años, autor principal y el microbiólogo Derek Lovley descubrió Geobacter en el lodo del río. Los microbios crecen pelo-como filamentos de proteínas que funcionan como nanoescala "cables" a gastos de transferencia para su nutrición y para comunicarse con otras bacterias.

En primer autor y el estudiante de doctorado de ingeniería biomédica Alexander Smith, con su asesor de junio Yao y de encantadora, dicen que han diseñado este primer sensor para medir amoniaco debido a que el gas es importante para la agricultura, el medio ambiente y la biomedicina. Por ejemplo, en los seres humanos, el amoníaco en la respiración puede ser señal de la enfermedad, mientras que en avicultura, el gas debe ser estrechamente vigilado y controlado para salud de las aves y la comodidad y a los desequilibrios de alimentación Evita y pérdidas de producción.

Yao dice: "Este sensor le permite hacer de detección de alta precisión;. Que es mucho mejor que los sensores electrónicos anteriores" Smith añade: "Cada vez que hago un nuevo experimento, me sorprende gratamente. No les dimos esperar para el trabajo, así como lo han hecho. Realmente creo que podría tener un verdadero impacto positivo en el mundo."

Smith dice sensores electrónicos existentes tienen a menudo limitada o baja sensibilidad, y que son propensos a la interferencia de otros gases. Además de la función superior y bajo costo, agrega, "nuestros sensores son biodegradables por lo que no producen desechos electrónicos, y que son producidos de forma sostenible por bacterias que utilizan materias primas renovables sin la necesidad de productos químicos tóxicos."

Smith llevó a cabo los experimentos en los últimos 18 meses como parte de su Ph.D. trabajo. Se conoce a partir de estudios anteriores de Lovley que la conductividad los nanocables de proteínas cambió en respuesta al pH, el ácido o base nivel- de solución alrededor de los nanocables de proteínas. Esto movió a los investigadores para probar la idea de que podían ser muy sensible a la molécula de unión para los biosensores. "Si se les expone a una sustancia química, las propiedades cambian y se puede medir la respuesta", señala Smith.

Cuando se expone a los nanocables de amoniaco "la respuesta fue realmente notable y significativo", dice Smith. "Desde el principio, se encontró que podía sintonizar los sensores en una forma que muestra esta respuesta significativa. Son muy sensibles a amoníaco y mucho menos a otros compuestos, por lo que los sensores pueden ser muy específicas."

Lovley añade, que los nanocables "muy estables" duran mucho tiempo, las funciones del sensor consistente y robusta después de meses de uso, y el trabajo tan bien "es notable."

Yao dice: "Estos nanocables de proteínas son siempre me increíble. Este nuevo uso se encuentra en un área completamente diferente de lo que habíamos trabajado antes." Anteriormente, el equipo ha reportado el uso de nanocables de proteínas a la energía de la cosecha de la humedad y aplicarlos como memristors para la computación biológica.

Smith, que se hace llamar "empresarial", ganó el primer lugar en el Desafío de la Innovación 2018 de la Universidad de Massachusetts Amherst para el plan de negocio de lanzamiento para la compañía que formó con Yao y Lovley, e-Biológicos. Los investigadores han seguido con una solicitud de patente, la recaudación de fondos, desarrollo de negocios y planes de investigación y desarrollo.

Lovley dice, "Este trabajo es la primera prueba de concepto para el sensor de nanocables. Una vez de vuelta en el laboratorio, vamos a desarrollar sensores para otros compuestos. Estamos trabajando en sintonía ellos por una serie de otros compuestos."

Apoyo a la labor fue una donación de carrera y graduado beca de investigación de la Fundación Nacional de Ciencia, Tecnología Oficina de Comercialización y la Universidad de Massachusetts Amherst Ventures y Centro del campus para la fabricación jerárquica, un Nanotecnología financiado por la NSF y el Centro de Ingeniería.