Un equipo interdisciplinario de científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst ha producido una nueva clase de materiales electrónicos que pueden conducir a un "verde, "un futuro más sostenible en sensores biomédicos y ambientales, dicen los líderes de la investigación, el microbiólogo Derek Lovley y el científico de polímeros Todd Emrick.

Dicen que su nuevo trabajo muestra que es posible combinar nanocables de proteínas con un polímero para producir un material compuesto electrónico flexible que retiene la conductividad eléctrica y las capacidades de detección únicas de los nanocables de proteínas. Los resultados aparecen en la revista Pequeña .

Los nanocables de proteínas tienen muchas ventajas sobre los nanocables de silicio y los nanotubos de carbono en términos de su biocompatibilidad. estabilidad, y potencial para ser modificado para detectar una amplia gama de biomoléculas y sustancias químicas de interés médico o ambiental, dice Lovley. Sin embargo, Estas aplicaciones de sensores requieren que los nanocables de proteínas se incorporen en una matriz flexible adecuada para fabricar dispositivos de detección portátiles u otros tipos de dispositivos electrónicos.

Como explica Lovley, "Hemos estado estudiando la función biológica de los nanocables de proteínas durante más de una década, pero es solo ahora que podemos ver un camino a seguir para su uso en la fabricación práctica de dispositivos electrónicos ". Investigación postdoctoral Yun-Lu Sun, ahora en la Universidad de Texas en Austin, descubrió las condiciones adecuadas para mezclar nanocables de proteínas con un polímero no conductor para producir el material compuesto eléctricamente conductor. Demostró que aunque los cables están hechos de proteína, son muy duraderos y fáciles de procesar en nuevos materiales.

"Una ventaja adicional es que los nanocables de proteínas son verdaderamente 'verdes, 'material sostenible, Lovley añade:“Podemos producir en masa nanocables de proteínas con microbios cultivados con materias primas renovables. La fabricación de materiales de nanocables más tradicionales requiere altos insumos de energía y algunos productos químicos realmente desagradables ". Por el contrario, él dice, "Los nanocables de proteínas son más delgados que los de silicona, y a diferencia del silicio son estables en agua, que es muy importante para aplicaciones biomédicas, como detectar metabolitos en el sudor ".

Emrick agrega, "Estos nanocables de proteínas electrónicas tienen un parecido sorprendente con las fibras de polímero y estamos tratando de descubrir cómo combinar los dos de manera más eficaz".

En su estudio de prueba de concepto, los nanocables de proteínas formaron una red conductora de la electricidad cuando se introdujeron en el polímero de alcohol polivinílico. El material se puede tratar en condiciones duras, como el calor, o pH extremo como alta acidez, que se podría esperar que arruinara un compuesto a base de proteínas, pero siguió funcionando bien.

La conductividad de los nanocables de proteínas incrustados en el polímero cambió drásticamente en respuesta al pH. "Este es un parámetro biomédico importante para el diagnóstico de algunas afecciones médicas graves, Lovley explica. "También podemos modificar genéticamente la estructura de los nanocables de proteínas de formas que esperamos permitan la detección de una amplia gama de otras moléculas de importancia biomédica".

Los nanocables de proteínas conductores de electricidad son un producto natural del microorganismo Geobacter descubierto en el lodo del río Potomac por Lovley hace más de 30 años. Geobacter utiliza los nanocables de proteínas para realizar conexiones eléctricas con otros microbios o minerales. Él nota, "Los expertos en ciencia de materiales como Todd Emrick y Thomas Russell en nuestro equipo merecen el crédito por traer nanocables de proteínas al campo de los materiales. Ya no se trata solo de barro".

En este trabajo apoyado por fondos del campus de UMass Amherst para investigación exploratoria, Los próximos pasos para el equipo colaborativo de microbiología de materiales incluyen la ampliación de la producción de matrices de nanocables y polímeros, Lovley dice.

Señala, "Los científicos de materiales necesitan muchos más nanocables de los que estamos acostumbrados a fabricar. Estamos fabricando dedales para nuestros estudios biológicos. Necesitan baldes llenos, así que ahora nos estamos concentrando en producir cantidades mayores y en adaptar los nanocables para que respondan a otras moléculas ”. Los investigadores también solicitaron una patente sobre la idea de un polímero conductor hecho con nanocables de proteínas.