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Los microbiólogos hacen salto grande en electrónica ‘verde’ que se convierte

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La investigación de UMass Amherst encuentra que las producciones del microbio mejora el material electrónico

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Microbiólogos en la universidad del informe de Massachusetts Amherst que han descubierto un nuevo tipo de nanowire microbiano producido por las bacterias que podrían acelerar grandemente el desarrollo de los materiales que conducían “verdes” sostenibles para la industria de electrónica.

El estudio de Derek Lovley y de los colegas aparece esta semana en un papel en mBio, la sociedad americana del abierto-acceso del diario primero de la microbiología.

Una bacteria conocida como sulfurreducens de Geobacter utiliza los filamentos de la proteína naturalmente para hacer conexiones eléctricas con otros microbios o minerales.

Como Lovley explica, los “nanowires microbianos son un material electrónico revolucionario con ventajas sustanciales sobre los materiales artificiales. Químicamente la sintetización de nanowires en el laboratorio requiere las sustancias químicas tóxicas, las temperaturas altas y/o los metales costosos. Las necesidades energéticas son enormes. Por el contrario, los nanowires microbianos naturales se pueden producir en masa en la temperatura ambiente de las materias de base renovables baratas en biorreactores con las entradas de una energía mucho más baja. Y el producto final está libre de componentes tóxicos.”

Micrográfos confocales del laser de la exploración de los biofilms del ánodo de los sulfurreducens del G. cosechados en la barra del día 10., µm 25. (crédito: Y otros/mBio de Yang Tan)

La oferta microbiana de los nanowires un potencial sin precedente para desarrollar los dispositivos electrónicos nuevos y los sensores para los usos diversos con una nueva tecnología respetuosa del medio ambiente, preciosos dice. “Esto es un avance importante en tecnología microbiana del nanowire. El acercamiento que resumimos en este papel demuestra un método rápido para prospectar en naturaleza para encontrar mejores materiales electrónicos.”

Cuando su laboratorio comenzó a mirar los filamentos de la proteína de otras especies de Geobacter, los sorprendieron encontrar una amplia gama en conductividades. Por ejemplo, una especie se recuperó de suelo uranio-contaminado produjo filamentos mal conductores. Sin embargo, otra especie, metallireducens de Geobacter produjo nanowires 5.000 veces más conductoras que los alambres de los sulfurreducens del G. Lovley recuerda, “aislé metallireducens del fango en el río Potomac hace 30 años, y cada par de años que nos da una nueva sorpresa.”

En su nuevo estudio apoyado por la oficina de los E.E.U.U. de la investigación naval, no estudiaron la tensión de los metallireducens del G. directamente. En lugar, tomaron el gen para la proteína que monta en nanowires microbianos de él e insertó esto en sulfurreducens del G. El resultado es sulfurreducens genético modificados de un G. que expresa la proteína de los metallireducens del G., haciendo nanowires mucho más conductores que los sulfurreducens del G. producirían naturalmente.

Además, Lovley dice, “hemos encontrado que los sulfurreducens del G. expresarán genes del filamento de muchos diversos tipos de bacterias. Esto hace simple producir una diversidad de filamentos en el mismo microorganismo y estudiar sus propiedades bajo condiciones similares.”

La alta conductividad de los nanowires de los metallireducens del G. sugiere que puedan ser un material atractivo para la construcción de materiales conductores, de dispositivos electrónicos, y de sensores para los usos médicos o ambientales. Los autores dicen que descubriendo más sobre los mecanismos de la conductividad del nanowire “proporciona la penetración importante en cómo puede ser que hagamos incluso mejores alambres con los genes que nos diseñamos.”

El extracto de expresar los metallireducens PilA de Geobacter en los sulfurreducens de Geobacter rinde Pili con conductividad excepcional

El pili eléctricamente conductor (e-pili) del servicio de los sulfurreducens de Geobacter como modelo para una estrategia nueva para la transferencia extracelular de largo alcance del electrón. el e-pili es también una nueva clase de materiales bioelectronic. Sin embargo, el único el otro pili de Geobacter estudió previamente, que eran de uraniireducens del G., era mal conductor. Para obtener más información sobre la gama de conductividades del pili en las especies de Geobacter, el pili de los metallireducens del G. fue investigado. Heterologously que expresaba el gen de PilA de los metallireducens del G. en sulfurreducens del G. rindió una tensión de los sulfurreducens del G., señalada la P.M. de la tensión, que produjo pili abundante. La P.M. de la tensión exhibió los fenotipos constantes con la presencia de e-pili, tal como altas tasas de FE (III) reducción del óxido y densidades de gran intensidad en los ánodos del grafito. El pili individual preparado en pH fisiológico relevante 7 tenía conductividades 277 del ± 18,9 S/cm (desviación estándar del ± malo), que es el doblez 5.000 más alto que la conductividad del pili de los sulfurreducens del G. en el millón-doblez del pH 7 y casi 1 más alto que la conductividad del pili de los uraniireducens del G. en el mismo pH. Una explicación potencial para la conductividad más alta del pili de los metallireducens del G. es su mayor densidad de los aminoácidos aromáticos, que se saben para ser componentes importantes en transporte del electrón a lo largo de la longitud del pilus. El pili de los metallireducens del G. representar el pili lo más altamente posible conductor encontró hasta la fecha y sugiere las estrategias para diseñar pili sintético con incluso conductividades más altas.