Gli scienziati dell'Università del Massachusetts Amherst riferiscono nell'attuale numero di Piccolo che hanno progettato geneticamente un nuovo ceppo di batteri che produce fili estremamente sottili e altamente conduttivi costituiti esclusivamente da materiali non tossici, amminoacidi naturali.

I ricercatori guidati dal microbiologo Derek Lovely dicono che i fili, che rivaleggiano con i fili più sottili che l'uomo conosca, sono prodotti da fonti rinnovabili, materie prime poco costose ed evitare i duri processi chimici tipicamente utilizzati per produrre materiali nanoelettronici.

Loveley dice, "Sono necessarie nuove fonti di materiali elettronici per soddisfare la crescente domanda di prodotti più piccoli, dispositivi elettronici più potenti in modo sostenibile." La capacità di produrre in serie fili conduttori così sottili con questa tecnologia sostenibile ha molte potenziali applicazioni nei dispositivi elettronici, funzionando non solo come fili, ma anche transistor e condensatori. Le applicazioni proposte includono sensori biocompatibili, dispositivi informatici, e come componenti di pannelli solari.

Questo progresso è iniziato un decennio fa, quando Lovley e colleghi scoprirono che Geobacter, un comune microrganismo del suolo, potrebbe produrre "nanofili microbici, " Filamenti proteici elettricamente conduttivi che aiutano il microbo a crescere sui minerali di ferro abbondanti nel suolo. Questi nanofili microbici erano abbastanza conduttivi da soddisfare le esigenze del batterio, ma la loro conduttività era ben al di sotto delle conduttività dei fili organici che i chimici potevano sintetizzare.

"Man mano che abbiamo appreso di più su come funzionavano i nanofili microbici, ci siamo resi conto che potrebbe essere possibile migliorare il design di Nature, " dice Lovley. "Sapevamo che una classe di amminoacidi era importante per la conduttività, quindi abbiamo riorganizzato questi amminoacidi per produrre un nanofilo sintetico che pensavamo potesse essere più conduttivo".

Il trucco che hanno scoperto per farlo è stato introdurre il triptofano, un amminoacido non presente nei nanofili naturali. Il triptofano è un comune amminoacido aromatico noto per causare sonnolenza dopo aver mangiato il tacchino del Ringraziamento. Però, è anche altamente efficace su scala nanometrica nel trasporto di elettroni.

"Abbiamo progettato un nanofilo sintetico in cui è stato inserito un triptofano dove la natura aveva usato una fenilalanina e messo un altro triptofano per una delle tirosine. Speravamo di essere fortunati e che Geobacter potesse ancora formare nanofili da questo peptide sintetico e forse raddoppiare il nanofilo conducibilità, "dice Lovely.

I risultati hanno ampiamente superato le aspettative degli scienziati. Hanno ingegnerizzato geneticamente un ceppo di Geobacter e prodotto grandi quantità di nanofili sintetici 2000 volte più conduttivi del prodotto biologico naturale. Un ulteriore vantaggio è che i nanofili sintetici, che Lovley chiama "filo biologico, "Aveva un diametro solo la metà di quello del prodotto naturale.

"Siamo rimasti stupefatti da questo risultato, " dice Lovley. La conduttività del biofilo supera quella di molti tipi di nanofili organici prodotti chimicamente con diametri simili. Il diametro estremamente sottile di 1,5 nanometri (oltre 60, 000 volte più sottile di un capello umano) significa che migliaia di fili possono essere facilmente imballati in uno spazio molto piccolo.

Il vantaggio aggiuntivo è che la produzione di biofili non richiede nessuna delle sostanze chimiche pericolose necessarie per la sintesi di altri nanofili. Anche, il biowire non contiene componenti tossici. "Geobacter può essere coltivato con materie prime organiche rinnovabili a basso costo, quindi è un processo molto 'verde', " fa notare. E, anche se il biofilo è fatto di proteine, è estremamente resistente. Infatti, Il laboratorio di Lovley ha dovuto lavorare per mesi per stabilire un metodo per scomporlo.

"È una proteina piuttosto insolita, " Dice Lovley. "Questo potrebbe essere solo l'inizio", aggiunge. I ricercatori nel suo laboratorio hanno recentemente prodotto più di 20 altri ceppi di Geobacter, ciascuno producendo una distinta variante di biowire con nuove combinazioni di amminoacidi. Egli nota, "Spero che il nostro successo iniziale attiri più finanziamenti per accelerare il processo di scoperta. Speriamo di poter modificare il biowire in altri modi per espandere le sue potenziali applicazioni".