Los científicos patrocinados por la Oficina de Investigación Naval (ONR) han modificado genéticamente una bacteria común del suelo para crear cables eléctricos que no solo conducen electricidad, pero son miles de veces más delgados que un cabello humano.

A medida que los dispositivos electrónicos tocan cada vez más todas las facetas de la vida de las personas, hay un creciente apetito por la tecnología más pequeña, más rápido, más móvil y potente que nunca. Gracias a los avances en nanotecnología (manipulación de materia a escala atómica o molecular), la industria puede fabricar materiales de solo mil millonésimas de metro de espesor.

Los investigadores patrocinados por la ONR, dirigidos por el microbiólogo Dr. Derek Lovley de la Universidad de Massachusetts Amherst, dicen que sus alambres diseñados pueden producirse utilizando recursos de energía renovable "verde" como la energía solar. dióxido de carbono o desechos vegetales; están hechos de no tóxicos, proteínas naturales; y evitar los duros procesos químicos que se suelen utilizar para crear materiales nanoelectrónicos.

"Investigaciones como la del Dr. Lovley podrían conducir al desarrollo de nuevos materiales electrónicos para satisfacer la creciente demanda de dispositivos informáticos más potentes, "dijo la Dra. Linda Chrisey, un oficial de programa en el Departamento de Desempeño de Guerreros de ONR, que patrocina la investigación. "Ser capaz de producir cables extremadamente delgados con materiales sostenibles tiene una enorme aplicación potencial como componentes de dispositivos electrónicos como sensores, transistores y condensadores ".

La pieza central del trabajo de Lovley es Geobacter, una bacteria que produce nanocables microbianos, filamentos de proteínas similares a pelos que sobresalen del organismo, lo que le permite hacer conexiones eléctricas con los óxidos de hierro que apoyan su crecimiento en el suelo. Aunque Geobacter transporta naturalmente suficiente electricidad para su propia supervivencia, la corriente es demasiado débil para el uso humano, pero es suficiente para medirse con electrodos.

El equipo de Lovley modificó la composición genética de las bacterias para reemplazar dos aminoácidos presentes de forma natural en los cables con triptófano, que se culpa (incorrectamente, algunos dicen) por la somnolencia que resulta de demasiado pavo de Acción de Gracias. Dejando a un lado las acusaciones de alimentos, el triptófano en realidad es muy bueno para transportar electrones en la nanoescala.

"A medida que aprendimos más sobre cómo funcionaban los nanocables microbianos, nos dimos cuenta de que podría ser posible mejorar el diseño de la naturaleza, ", dijo Lovley." Reorganizamos los aminoácidos para producir un nanoalambre sintético que pensamos que podría ser más conductor. Esperábamos que Geobacter todavía pudiera formar nanocables y duplicar su conductividad ".

Los resultados superaron las expectativas del equipo como sintético, Los nanocables infundidos con triptófano eran 2, 000 veces más conductivo que sus contrapartes naturales. Y eran más duraderos y mucho más pequeños, con un diámetro de 1,5 nanómetros (más de 60, 000 veces más delgado que un cabello humano), lo que significa que miles de nanocables podrían almacenarse en los espacios más pequeños.

Lovley y Chrisey dicen que estos nanocables ultraminiatura tienen numerosas aplicaciones potenciales a medida que los dispositivos electrónicos y de computación continúan reduciendo su tamaño. Por ejemplo, pueden estar instalados en sensores médicos, donde su sensibilidad a los cambios de pH puede controlar la frecuencia cardíaca o la función renal.

Desde una perspectiva militar, los nanocables podrían alimentar corrientes eléctricas a microbios especialmente diseñados para crear butanol, un combustible alternativo. Esto sería particularmente útil en lugares remotos como Afganistán, donde los convoyes de combustible a menudo son atacados y cuesta cientos de dólares por galón enviar combustible a los combatientes.

Los nanocables de Lovley también pueden desempeñar un papel crucial en la alimentación de microbios altamente sensibles (que podrían colocarse en un chip de silicio y adherirse a vehículos no tripulados) que podrían detectar la presencia de contaminantes. productos químicos tóxicos o explosivos.

"Este es un momento emocionante para estar a la vanguardia en la creación de nuevos tipos de materiales electrónicos, ", dijo Lovley." El hecho de que podamos hacer esto con los materiales renovables lo hacen aún más gratificante ".

La investigación de Lovley es parte de los esfuerzos de ONR en biología sintética, que crea o rediseña microbios u otros organismos para realizar tareas específicas como mejorar la salud y el rendimiento físico. El campo es una de las principales prioridades de investigación de ONR debido a su potencial impacto de largo alcance en el rendimiento de los combatientes y las capacidades de la flota.