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Les microbiologistes font le grand saut dans l'électronique “verte” se développante

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La recherche d'UMass Amherst trouve que des rendements de microbe améliorent le matériel électronique

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Microbiologistes à l'université du rapport du Massachusetts Amherst qu'ils ont découvert un nouveau type de nanowire microbien produit par les bactéries qui pourraient considérablement accélérer le développement des matériaux de conduite « verts » viables pour l'industrie électronique.

L'étude par Derek Lovley et des collègues apparaît cette semaine dans un papier d'ouvert-Access dans le mBio, la société américaine du journal premier de la microbiologie.

Une bactérie connue sous le nom de sulfurreducens de Geobacter emploie les filaments de protéine naturellement pour établir les rapports électriques avec d'autres microbes ou minerais.

Comme Lovley explique, « les nanowires microbiens sont un matériel électronique révolutionnaire avec des avantages substantiels par rapport aux matériaux synthétiques. Chimiquement le synthésisation des nanowires dans le laboratoire exige les produits chimiques toxiques, les hautes températures et/ou les métaux chers. Les besoins en énergie sont énormes. En revanche, des nanowires microbiens naturels peuvent être fabriqués en série à la température ambiante des matières de base renouvelables peu coûteuses dans les bioréacteurs avec des absorptions d'énergie beaucoup inférieure. Et le produit fini est exempt de composants toxiques. »

Micrographes Confocal de laser de balayage des biofilms d'anode de sulfurreducens de G. moissonnés sur la barre du jour 10., µm 25. (crédit : Et autres de Yang Tan/mBio)

L'offre microbienne de nanowires un potentiel sans précédent pour développer les appareils électroniques nouveaux et les capteurs pour des applications diverses avec une nouvelle technologie favorable à l'environnement, beaux indique. « C'est une avance importante en technologie microbienne de nanowire. L'approche que nous décrivons en ce document démontre une méthode rapide pour prospecter en nature pour trouver de meilleurs matériaux électroniques. »

Quand son laboratoire a commencé à regarder les filaments de protéine d'autres espèces de Geobacter, ils étaient étonnés de trouver un éventail dans les conductivités. Par exemple, les espèces une récupérées du sol uranium-souillé ont produit les filaments médiocrement conducteurs. Cependant, des autres espèces, metallireducens de Geobacter ont produit des nanowires 5 000 fois plus conductrices que les fils de sulfurreducens de G. Lovley se rappelle, « j'ai isolé des metallireducens de boue dans le fleuve Potomac il y a 30 ans, et chaque années où elles nous donnent une nouvelle surprise. »

Dans leur nouvelle étude soutenue par le bureau des États-Unis de la recherche navale, ils n'ont pas étudié la tension de metallireducens de G. directement. Au lieu de cela, ils ont pris le gène pour la protéine qui se réunit dans les nanowires microbiens de lui et a inséré ceci dans des sulfurreducens de G. Le résultat est les sulfurreducens génétiquement modifiés d'un G. qui exprime la protéine de metallireducens de G., rendant des nanowires beaucoup plus conducteurs que les sulfurreducens de G. produiraient naturellement.

De plus, Lovley dit, « nous avons constaté que les sulfurreducens de G. exprimeront des gènes de filament de beaucoup de différents types de bactéries. Ceci le rend simple pour produire une diversité des filaments dans le même micro-organisme et pour étudier leurs propriétés dans les conditions semblables. »

La conductivité élevée des nanowires de metallireducens de G. suggère qu'ils puissent être un matériel attrayant pour la construction des matériaux, des appareils électroniques, et des capteurs conducteurs pour des applications médicales ou environnementales. Les auteurs disent que découvrant plus au sujet des mécanismes de la conductivité de nanowire « fournit l'analyse importante dans la façon dont nous pourrions faire encore de meilleurs fils avec les gènes que nous nous concevons. »

Le résumé d'exprimer les metallireducens PilA de Geobacter en sulfurreducens de Geobacter rapporte Pili avec la conductivité exceptionnelle

Le pili électriquement conducteur (e-pili) du servir de sulfurreducens de Geobacter de modèle à une stratégie nouvelle pour le transfert extracellulaire à longue portée d'électron. l'e-pili sont également une nouvelle classe des matériaux bioelectronic. Cependant, le seul l'autre pili de Geobacter a précédemment étudié, qui était des uraniireducens de G., était médiocrement conducteur. Afin d'obtenir plus d'information sur la gamme des conductivités de pili dans des espèces de Geobacter, le pili des metallireducens de G. ont été étudiés. Heterologously exprimant le gène de PilA des metallireducens de G. en sulfurreducens de G. a rapporté une tension de sulfurreducens de G., indiquée député britannique de tension, cela a produit le pili abondant. La député britannique de tension a montré des phénotypes compatibles à la présence de l'e-pili, tel que des hauts débits de Fe (III) réduction d'oxyde et densités à forte intensité sur des anodes de graphite. Le pili individuel préparé à pH physiologique approprié 7 a eu des conductivités 277 du ± 18,9 S/cm (écart type de ± moyen), qui est le fois 5 000 plus haut que la conductivité du pili de sulfurreducens de G. au million-pli de pH 7 et presque 1 plus haut que la conductivité du pili d'uraniireducens de G. au même pH. Une explication potentielle pour la conductivité plus élevée du pili de metallireducens de G. est leur plus grande densité des acides aminés aromatiques, qui sont connus pour être les composants importants dans le transport d'électron sur la longueur du pilus. Le pili de metallireducens de G. représenter le pili le plus fortement conducteur a trouvé jusqu'à présent et suggère des stratégies pour concevoir le pili synthétique avec encore des conductivités plus élevées.