La percée dans la technologie verte représente un nouveau paradigme biologique en génie électrique

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Des scientifiques de l’Université du Massachusetts à Amherst ont récemment annoncé l’invention d’un nanofil, 10 000 fois additionally fin qu’un cheveu humain, qui peut être cultivé à moindre coût par des bactéries communes et peut être réglé pour “sentir” une vaste gamme de traceurs chimiques – y compris ceux donnés par des personnes souffrant de différentes situations médicales, telles que l’asthme et les maladies rénales. Des milliers de ces fils spécialement réglés, chacun reniflant un produit chimique différent, peuvent être superposés sur de minuscules capteurs portables, offrant aux prestataires de soins de santé un outil sans précédent pour surveiller les issues potentielles de la santé. Étant donné que ces fils sont cultivés par des bactéries, ils sont organiques, biodégradables et bien furthermore écologiques que n’importe quel nanofil inorganique.

Pour réaliser ces percées, qui ont été détaillées dans la revue Biosensors and Bioelectrics, les auteurs principaux Derek Lovley, professeur émérite de microbiologie à UMass Amherst, et Jun Yao, professeur de génie électrique et informatique au College or university of Engineering de UMass Amherst, devaient regarder pas moreover loin que leur propre nez. “Le nez humain possède des centaines de récepteurs, chacun sensible à une molécule spécifique”, explique Yao. “Ils sont beaucoup furthermore sensibles et efficaces que n’importe quel dispositif mécanique ou chimique qui pourrait être conçu. Nous nous sommes demandé remark nous pourrions tirer parti de la conception biologique elle-même plutôt que de compter sur un matériau synthétique.”

En d’autres termes, l’équipe s’est demandé si elle pouvait travailler avec la mother nature pour détecter la maladie – et il s’avère qu’elle l’a fait.

La réponse commence par une bactérie connue sous le nom de Geobacter sulfurreducens, que Lovley et Yao utilisaient auparavant pour créer un biofilm capable de produire de l’électricité keep on à prolonged terme à partir de votre sueur. G. sulfurreducens’ a la capacité naturelle surprenante de développer de minuscules nanofils électriquement conducteurs.

Mais G. sulfurreducens est une bactérie capricieuse qui a besoin de ailments spécifiques pour se développer, ce qui la rend difficile à utiliser à grande échelle. “Ce que nous avons fait”, dit Lovley, “c’est de prendre le” gène du nanofil “- appelé piline – de G. sulfurreducens et de l’épisser dans l’ADN d’Escherichia coli, l’une des bactéries les plus répandues dans le monde..”

Une fois que le gène piline a été retiré de G. sulfurreducens, Lovley, Yao et l’équipe l’ont modifié afin qu’il inclue un peptide spécifique, connu sous le nom de DLESFL, qui est extrêmement smart à l’ammoniac – un produit chimique souvent présent dans l’haleine de ceux qui ont des problèmes rénaux. maladie. Lorsqu’ils ont ensuite épissé le gène piline modifié dans l’ADN d’E. coli, la bactérie génétiquement modifiée a fait germer de minuscules nanofils hérissés du peptide de détection d’ammoniac. L’équipe a ensuite récolté ces nanofils sensibles à l’ammoniac et les a intégrés dans un capteur.

“La modification génétique des nanofils les a rendus 100 fois furthermore sensibles à l’ammoniac qu’ils ne l’étaient à l’origine”, explique Yassir Lekbach, co-auteur principal de l’article et chercheur postdoctoral en microbiologie à l’UMass Amherst. “Les nanofils produits par des microbes fonctionnent bien mieux comme capteurs que les capteurs décrits précédemment fabriqués avec des nanofils traditionnels en silicium ou en métal.”

Et il n’est pas nécessaire de limiter ces nouveaux capteurs à l’ammoniac et aux maladies rénales. Toshiyuki Ueki, l’autre co-auteur principal de l’article et professeur de recherche en microbiologie à l’UMass Amherst, déclare qu'”il est probable de concevoir des peptides uniques, chacun d’entre eux se liant spécifiquement à une molécule d’intérêt. Ainsi, à mesure que davantage de molécules traceuses, émises par le corps et qui sont spécifiques à une maladie particulière sont identifiés, nous pouvons fabriquer des capteurs qui intègrent des centaines de nanofils de renifleurs de produits chimiques différents pour surveiller toutes sortes de situations de santé.”

Un nouveau paradigme pour l’électrotechnique

Les nanofils traditionnels, fabriqués à partir de silicium ou de fibre de carbone, peuvent être hautement toxiques – les nanotubes de carbone sont eux-mêmes cancérigènes – et finissent comme des déchets électroniques non biodégradables. Leurs matières premières peuvent nécessiter d’énormes quantités d’énergie et d’intrants chimiques pour être récoltées et traitées, tout en laissant un effects environnemental profond. Mais parce que les nanofils de Lovley et Yao sont issus de bactéries communes, ils sont beaucoup in addition durables.

“L’une des choses les in addition passionnantes à propos de cette ligne de recherche”, déclare Yao, “est que nous orientons l’ingénierie électrique dans une path fondamentalement nouvelle. Au lieu de fils fabriqués à partir de ressources brutes rares qui ne se dégradent pas, la beauté de ces nanofils de protéines est que vous pouvez utiliser la conception génétique de la vie pour construire une plate-forme stable, polyvalente, à faible affect et rentable. »

Cette recherche a été soutenue par la Nationwide Science Foundation et nourrie par l’Institute for Applied Lifestyle Sciences (IALS) de l’UMass Amherst, qui merge une expertise approfondie et interdisciplinaire de 29 départements pour traduire la recherche fondamentale en improvements bénéfiques pour la santé et le bien-être humains.