A novos usos de sensores químicos nanofios proteínas, altamente sensíveis

O sensor utiliza nanofios proteína eléctrico condutor de carga-derivados da bactéria Geobacter para fornecer biomateriais para aparelhos eléctricos. Mais de 30 anos atrás, o autor sênior e microbiologista Derek Lovley descoberto Geobacter na lama do rio. Os micróbios crescer o cabelo-como filamentos de proteínas que funcionam como nanoescala "fios" para taxas de transferência para a sua alimentação e para se comunicar com outras bactérias.

Primeiro autor e engenharia biomédica doutorando Alexander Smith, com seu assessor junho Yao e Lovley, dizem ter projetado este primeiro sensor para medir a amônia porque esse gás é importante para a agricultura, o ambiente e biomedicina. Por exemplo, em humanos, a amônia na respiração pode ser sinal de doença, enquanto na avicultura, o gás deve ser cuidadosamente monitorado e controlado para a saúde das aves e conforto e para desequilíbrios alimentação evitar e perdas de produção.

Yao diz: "Este sensor permite que você faça detecção de alta precisão, é muito melhor do que os sensores eletrônicos anteriores." Smith acrescenta: "Toda vez que faço uma nova experiência, estou agradavelmente surpreendido. Nós não esperamos que eles trabalho, bem como que eles têm. Eu realmente acho que eles poderiam ter um impacto positivo real no mundo."

Smith diz sensores electrónicos existentes têm frequentemente limitada ou baixa sensibilidade, e eles são propensos à interferência de outros gases. Além função superior e baixo custo, acrescenta ele, "nossos sensores são biodegradáveis ​​para que eles não produzem lixo eletrônico, e eles são produzidos de forma sustentável por bactérias que utilizam matérias-primas renováveis, sem a necessidade de produtos químicos tóxicos."

Smith realizou os experimentos ao longo dos últimos 18 meses, como parte de seu doutorado trabalhos. Era conhecido a partir de estudos anteriores de que a condutividade Lovley os nanofios de proteína alterado em resposta ao pH, o ácido ou base de nível-solução em torno das nanofios de proteína. Isso levou os pesquisadores a testar a idéia de que eles poderiam ser altamente responsivo a molécula de ligação para biosensing. "Se você expô-los a uma substância química, as propriedades mudam e você pode medir a resposta", observa Smith.

Quando ele expôs os nanofios de amônia, "a resposta foi realmente perceptível e significativa", diz Smith. "No início, achamos que podíamos ajustar os sensores de uma forma que mostra essa resposta significativa. Eles são muito sensíveis a amônia e muito menos para outros compostos, de modo que os sensores podem ser muito específico."

Lovley acrescenta, que os nanofios "muito estáveis" durar um longo tempo, as funções do sensor de forma consistente e enérgica após meses de uso, e trabalhar tão bem "é notável."

Yao diz: "Esses nanofios de proteína são sempre surpreendente me. Este novo uso está em uma área completamente diferente do que tínhamos trabalhado antes." Anteriormente, a equipe relatou usando nanofios de proteína para a energia colheita da humidade e aplicá-las como memristors para a computação biológica.

Smith, que se chama "empreendedor", ganhou o primeiro lugar no Innovation Challenge da UMass Amherst 2018 para o plano de negócios de inicialização para a empresa que ele formou com Yao e Lovley, e-Biologics. Os investigadores seguiram-se com um pedido de patente, captação de recursos, desenvolvimento de negócios e planos de pesquisa e desenvolvimento.

Lovley diz: "Este trabalho é a primeira prova de conceito para o sensor de nanofio. Assim que voltar para o laboratório, vamos desenvolver sensores para outros compostos. Estamos trabalhando em sintonia-los para uma variedade de outros compostos."

Apoio ao trabalho veio como uma bolsa de carreira e Graduate Research Fellowship da National Science Foundation, o Office of Technology Comercialização e Ventures da UMass Amherst e Centro do campus para Hierarchical Manufacturing, uma Nanociência financiados pelo NSF e Centro de Engenharia.