Scrivendo sulla rivista NanoResearch, un team dell'Università del Massachusetts Amherst ha riferito questa settimana di aver sviluppato sensori bioelettronici per il gas di ammoniaca che sono tra i più sensibili mai realizzati.

Il sensore utilizza nanofili proteici conduttori di carica elettrica derivati ​​dal batterio Geobacter per fornire biomateriali per dispositivi elettrici. Più di 30 anni fa, L'autore senior e microbiologo Derek Lovley ha scoperto Geobacter nel fango del fiume. I microbi sviluppano filamenti proteici simili a capelli che funzionano come "fili" su nanoscala per trasferire le cariche per il loro nutrimento e per comunicare con altri batteri.

Primo autore e dottorando in ingegneria biomedica Alexander Smith, con il suo consigliere Jun Yao e Lovley, dicono di aver progettato questo primo sensore per misurare l'ammoniaca perché quel gas è importante per l'agricoltura, l'ambiente e la biomedicina. Per esempio, negli umani, l'ammoniaca nel respiro può segnalare una malattia, mentre nell'allevamento di pollame, il gas deve essere attentamente monitorato e controllato per la salute e il comfort degli uccelli e per evitare squilibri alimentari e perdite di produzione.

Yao dice, "Questo sensore consente di eseguire rilevamenti ad alta precisione; è molto meglio dei precedenti sensori elettronici". Smith aggiunge, "Ogni volta che faccio un nuovo esperimento, Sono piacevolmente sorpreso. Non ci aspettavamo che funzionassero bene come hanno fatto. Penso davvero che potrebbero avere un impatto davvero positivo sul mondo".

Smith afferma che i sensori elettronici esistenti spesso hanno una sensibilità limitata o bassa, e sono soggetti a interferenze da altri gas. Oltre alla funzione superiore e al basso costo, Aggiunge, "i nostri sensori sono biodegradabili quindi non producono rifiuti elettronici, e sono prodotti in modo sostenibile da batteri che utilizzano materie prime rinnovabili senza la necessità di sostanze chimiche tossiche".

Smith ha condotto gli esperimenti negli ultimi 18 mesi come parte del suo dottorato di ricerca. opera. Era noto dai precedenti studi di Lovley che la conduttività dei nanofili proteici cambiava in risposta al pH, il livello acido o basico della soluzione attorno ai nanofili proteici. Ciò ha spinto i ricercatori a testare l'idea che potrebbero essere altamente reattivi al legame delle molecole per il biosensore. "Se li esponi a una sostanza chimica, le proprietà cambiano ed è possibile misurare la risposta, "Note di Smith.

Quando ha esposto i nanofili all'ammoniaca, "la risposta è stata davvero notevole e significativa, " dice Smith. "All'inizio, abbiamo scoperto che potevamo sintonizzare i sensori in un modo che mostrasse questa risposta significativa. Sono molto sensibili all'ammoniaca e molto meno ad altri composti, quindi i sensori possono essere molto specifici."

Loveley aggiunge, che i nanofili "molto stabili" durano a lungo, il sensore funziona in modo coerente e robusto dopo mesi di utilizzo, e funziona così bene "è notevole".

Yao dice, "Questi nanofili proteici mi stupiscono sempre. Questo nuovo uso è in un'area completamente diversa da quella in cui avevamo lavorato prima". In precedenza, il team ha riferito di utilizzare nanofili proteici per raccogliere energia dall'umidità e applicarli come memristori per il calcolo biologico.

Fabbro, che si definisce "imprenditore, " ha vinto il primo posto nell'Innovation Challenge 2018 di UMass Amherst per il piano aziendale di avvio per l'azienda che ha formato con Yao e Lovley, e-Biologia. I ricercatori hanno seguito con una domanda di brevetto, raccolta fondi, sviluppo del business e piani di ricerca e sviluppo.

Loveley dice, "Questo lavoro è il primo proof-of-concept per il sensore a nanofili. Una volta tornati in laboratorio, svilupperemo sensori per altri composti. Stiamo lavorando per metterli a punto per una serie di altre mescole".