Una fibra proteica microbica scoperta da uno scienziato della Michigan State University trasporta cariche a velocità sufficientemente elevate da essere applicate nelle nanotecnologie artificiali.

La scoperta, presenti nell'attuale numero di Rapporti scientifici , descrive la fibra proteica ad alta velocità prodotta dai batteri Geobacter che riducono l'uranio. Le fibre sono filamenti proteici simili a capelli chiamati "pili" che hanno la proprietà unica di trasportare cariche a velocità di 1 miliardo di elettroni al secondo.

"Questo nanofilo microbico è costituito da una singola subunità peptidica, " disse Gemma Reguera, autore principale e microbiologo MSU. "Essendo fatto di proteine, questi nanofili organici sono biodegradabili e biocompatibili. Questa scoperta apre quindi molte applicazioni nella nanoelettronica come lo sviluppo di sensori medici e dispositivi elettronici che possono essere interfacciati con i tessuti umani".

Poiché le nanotecnologie esistenti incorporano metalli esotici nei loro progetti, anche il costo dei nanofili organici è molto più conveniente, lei ha aggiunto.

Il funzionamento dei nanofili in natura è paragonabile alla respirazione. cellule batteriche, come gli umani, bisogna respirare. Il processo di respirazione comporta lo spostamento di elettroni fuori da un organismo. I batteri Geobacter utilizzano i nanofili proteici per legare e respirare minerali contenenti metalli come ossidi di ferro e metalli tossici solubili come l'uranio. Le tossine sono mineralizzate sulla superficie dei nanofili, impedendo ai metalli di permeare la cellula.

Il team di Reguera ha purificato le loro fibre proteiche, che hanno un diametro di circa 2 nanometri. Utilizzando lo stesso set di strumenti dei nanotecnologi, gli scienziati sono stati in grado di misurare le alte velocità a cui le proteine ​​stavano passando gli elettroni.

"Sono come linee elettriche su scala nanometrica, " Ha detto Reguera. "Questo è anche il primo studio a dimostrare la capacità degli elettroni di percorrere distanze così lunghe - più di un 1, 000 volte quello che è stato dimostrato in precedenza, lungo le proteine."

I ricercatori hanno anche identificato trappole metalliche sulla superficie dei nanofili proteici che legano l'uranio con grande affinità e potrebbero potenzialmente intrappolare altri metalli. Questi risultati potrebbero fornire la base per sistemi che integrano nanofili proteici per estrarre oro e altri metalli preziosi, scrubber che possono essere impiegati per immobilizzare l'uranio nei siti di bonifica e altro ancora.

I nanofili di Reguera possono anche essere modificati per cercare altri materiali in cui aiutarli a respirare.

"Le cellule di Geobacter stanno producendo queste fibre proteiche in modo naturale per respirare determinati metalli. Possiamo usare l'ingegneria genetica per mettere a punto le proprietà elettroniche e biochimiche dei nanofili e abilitare nuove funzionalità. Possiamo anche imitare il processo di produzione naturale in laboratorio per produrre in serie loro in processi economici e rispettosi dell'ambiente, " Ha detto Reguera. "Questo contrasta drammaticamente con la produzione di nanofili inorganici artificiali, che comportano temperature elevate, solventi tossici, aspirapolveri e attrezzature specializzate."

Questa scoperta è arrivata dall'ascolto sincero dei batteri, ha detto Reguera.

"La proteina sta ottenendo il merito, ma non possiamo dimenticare di ringraziare i batteri che hanno inventato questo, " ha detto. "È sempre saggio tornare indietro e chiedere ai batteri cos'altro possono insegnarci. In un modo, stiamo origliando conversazioni microbiche. È come ascoltare i nostri anziani, imparando dalla loro saggezza e portandola oltre."