نانوسیم های پروتئینی جایگزینی برای حسگر های الکترونیکی

این حسگر از نانوسیم های پروتئینی با بار الکتریکی مشتق شده از باکتری زمینی (Geobacter) استفاده می کند تا مواد بیولوژیکی دستگاه های الکتریکی را تأمین کند. بیش از 30 سال پیش ، نویسنده و میکروبیولوژیست ارشد Derek Lovley ، این باکتری های زمینی (Geobacter) را در گل رودخانه کشف کرد. این میکروب ها رشته های پروتئینی مانند مو تولید می کنند که به عنوان “سیم” های نانو برای انتقال تغذیه خود و ارتباط با سایر باکتریها کار می کنند.

الکساندر اسمیت اولین نویسنده و دانشجوی دکترای مهندسی زیست پزشکی با مشاور خود  Jun Yao و Derek Lovley می گویند که آنها این سنسور را ابتدا برای اندازه گیری آمونیاک طراحی کرده اند؛ زیرا این گاز برای کشاورزی ، محیط زیست و زیست پزشکی مهم است. به عنوان مثال ، در انسان ، آمونیاک موجود در نفس ممکن است علائم بیماری باشد ، در حالی که در طیور ، این گاز برای سلامت و آسایش پرندگان باید از نزدیک کنترل شود تا از عدم تعادل خوراک و ضررهای تولید جلوگیری شود.

Yao می گوید: “این سنسورکه به شما امکان می دهد سنجش دقیقی انجام دهید ؛ بسیار بهتر از حسگرهای الکترونیکی قبلی است.” اسمیت اضافه می کند ، “هربار که یک آزمایش جدید انجام می دهم ، خوشحال می شوم. ما انتظار نداشتیم که آنها مانند گذشته کار کنند. من واقعاً فکر می کنم آنها می توانند تأثیر مثبتی بر جهان بگذارند.”

بیشتر بخوانید

کاربرد هوش مصنوعی جهت مبارزه با کووید-۱۹ (کرونا) توسط دو شرکت Nvidia و IBM

اسمیت می گوید سنسورهای الکترونیکی موجود اغلب دارای حساسیت محدود یا کم هستند و مستعد مداخله سایر گازها هستند. وی علاوه بر عملکرد برتر و کم هزینه ، اضافه می کند “سنسورهای ما قابل تجزیه زیست تخریب هستند بنابراین از این طریق زباله الکترونیکی تولید نمی کنند و توسط باکتری ها با استفاده از خوراک های تجدید پذیر بدون نیاز به مواد شیمیایی سمی به طور پایدار تولید می شوند.”

اسمیت آزمایشات را در طول 18 ماه گذشته به عنوان بخشی از دکترای خود انجام داد. کار از مطالعات اولیه Lovley مشخص شد به این صورت که هدایت نانوسیم های پروتئینی در پاسخ به pH — اسید یا سطح پایه محلول در اطراف نانوسیم های پروتئینی تغییر کرده است. اسمیت خاطرنشان می کند: “اگر آنها را در معرض ماده شیمیایی قرار دهید ، این خصوصیات تغییر می کنند و می توانید پاسخ را اندازه گیری کنید.”

بیشتر بخوانید

ساخت ربات نرم و فوق العاده سریع الهام گرفته از یوزپلنگ

اسمیت می گوید ، هنگامی که او نانوسیم ها را در معرض آمونیاک قرار داد ، “پاسخ واقعاً قابل توجه بود.” در اوایل ، ما دریافتیم که می توانیم حسگرها را به شکلی تنظیم کنیم که این واکنش قابل توجه را نشان می دهد. آنها به آمونیاک و نسبت به سایر ترکیبات بسیار حساس هستند ، بنابراین حسگرها می توانند بسیار خاص باشند.”

Lovley اضافه می کند که پایداری این نانوسیم های مدت زیادی طول می کشد. این سنسور بعد از ماه ها استفاده ی مداوم و قوی عمل بسیار خوب کار می کند.

یائو می گوید: “این نانوسیم های پروتئینی همیشه برای من شگفت آور هستند. این استفاده ی  جدید در یک منطقه ی کاملاً متفاوت از آنچه قبلاً در گذشته کار کرده بودیم است.” پیش از این ، این تیم از استفاده از نانوسیم های پروتئینی برای برداشت انرژی از رطوبت و استفاده از آنها به عنوان حافظانی  برای محاسبات بیولوژیکی خبر داده بود.

اسمیت ، که خود را “کارآفرین” می نامد ، در برنامه نوآوری سال 2018 UMass Amherst برای کسب و کار برنامه ابتکاری برای شرکتی که او با Yao و Lovley ، e-Biologics تشکیل داد ، مقام اول را بدست آورد.

Lovley می گوید: “این کار اولین اثبات ایده آل برای سنسور نانوسیم است. هنگامی که دوباره در آزمایشگاه برگشتیم ، سنسورهایی را برای سایر ترکیبات ایجاد می کنیم.

منبع