Forskare sponsrade av Office of Naval Research (ONR) har genetiskt modifierat en vanlig jordbakterie för att skapa elektriska ledningar som inte bara leder elektricitet, men är tusentals gånger tunnare än ett människohår.

När elektroniska enheter alltmer berör alla aspekter av människors liv, det finns en ökande aptit för teknik som är mindre, snabbare och mer mobil och kraftfull än någonsin tidigare. Tack vare framsteg inom nanoteknik (manipulera materia i atom- eller molekylskala), industrin kan tillverka material endast en miljarddels meter i tjocklek.

De ONR-sponsrade forskarna-ledd av mikrobiologen Dr Derek Lovley vid University of Massachusetts Amherst-säger att deras konstruerade ledningar kan produceras med förnybara "gröna" energiresurser som solenergi, koldioxid eller växtavfall; är gjorda av giftfria, naturliga proteiner; och undvik hårda kemiska processer som vanligtvis används för att skapa nanoelektroniska material.

"Forskning som Dr. Lovleys kan leda till utveckling av nya elektroniska material för att möta den ökande efterfrågan på mindre, mer kraftfulla beräkningsenheter, "sa doktor Linda Chrisey, en programansvarig i ONR:s Warfighter Performance Department, som sponsrar forskningen. "Att kunna producera extremt tunna trådar med hållbara material har en enorm potential att använda som komponenter i elektroniska enheter som sensorer, transistorer och kondensatorer. "

Mittpunkten i Lovleys verk är Geobacter, en bakterie som producerar mikrobiella nanotrådar-hårliknande proteinfilament som sticker ut från organismen-vilket gör att den kan göra elektriska anslutningar med järnoxiderna som stöder dess tillväxt i marken. Även om Geobacter naturligtvis bär tillräckligt med el för sin egen överlevnad, strömmen är för svag för mänskligt bruk, men är tillräckligt för att mätas med elektroder.

Lovleys team tweakade bakteriens genetiska sammansättning för att ersätta två aminosyror som finns naturligt i trådarna med tryptofan - vilket skylls (felaktigt, vissa säger) för sömnigheten som beror på för mycket Thanksgiving kalkon. Matpåståenden åt sidan, tryptofan är faktiskt väldigt bra på att transportera elektroner i nanoskala.

"När vi lärde oss mer om hur de mikrobiella nanotrådarna fungerade, vi insåg att det kan vara möjligt att förbättra naturens design, "sa Lovley." Vi arrangerade om aminosyrorna för att producera en syntetisk nanotråd som vi trodde skulle kunna vara mer ledande. Vi hoppades att Geobacter fortfarande skulle kunna bilda nanotrådar och fördubbla deras konduktivitet. "

Resultaten överträffade lagets förväntningar som syntet, tryptofan-infunderade nanotrådar var 2, 000 gånger mer ledande än deras naturliga motsvarigheter. Och de var mer hållbara och mycket mindre, med en diameter på 1,5 nanometer (över 60, 000 gånger tunnare än ett människohår) - vilket innebär att tusentals nanotrådar eventuellt kan lagras i de minsta utrymmena.

Lovley och Chrisey säger båda att dessa ultra-miniatyr-nanotrådar har många potentiella applikationer eftersom elektroniska och datorenheter fortsätter att krympa i storlek. Till exempel, de kan installeras i medicinska sensorer, där deras känslighet för pH -förändringar kan övervaka hjärtfrekvens eller njurfunktion.

Ur ett militärt perspektiv, nanotrådarna kunde mata elektriska strömmar till specialkonstruerade mikrober för att skapa butanol, ett alternativt bränsle. Detta skulle vara särskilt användbart på avlägsna platser som Afghanistan, där bränslekonvojer ofta attackeras och det kostar hundratals dollar per gallon att skicka bränsle till krigsmän.

Lovleys nanotrådar kan också spela en avgörande roll för att driva mycket känsliga mikrober (som kan placeras på ett kiselchip och fästas på obemannade fordon) som kan känna av förekomsten av föroreningar, giftiga kemikalier eller sprängämnen.

"Det här är en spännande tid att vara i framkant när det gäller att skapa nya typer av elektronikmaterial, "sa Lovley." Det faktum att vi kan göra detta med hållbara, förnybara material gör det ännu mer givande. "

Lovleys forskning är en del av ONR:s insatser inom syntetisk biologi, som skapar eller omarbetar mikrober eller andra organismer för att utföra specifika uppgifter som att förbättra hälsa och fysisk prestanda. Fältet är en högsta ONR-forskningsprioritet på grund av dess potentiella långtgående inverkan på krigsmaktens prestanda och flottans kapacitet.