23年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース) マサチューセッツ大学アマースト校の科学者は最近、人間の髪の毛の 10,000 分の XNUMX の細さのナノワイヤの発明を発表した喘息や腎臓病など、幅広い病状を伴います。 これらの特別に調整された何千ものワイヤは、それぞれが異なる化学物質を嗅ぎ分け、小型のウェアラブル センサーに重ねることができ、医療提供者が潜在的な健康合併症を監視するための前例のないツールを可能にします。 これらのワイヤーはバクテリアによって成長するため、有機的で生分解性があり、無機ナノワイヤーよりもはるかに環境に優しいです。
特定の分子は、遺伝子組み換え大腸菌で成長したナノワイヤにくっつきます。 (画像: UMass Amherst ) これらのブレークスルーを実現するには、ジャーナルに詳細が記載されています バイオセンサーとバイオエレクトリック (「電子センシングデバイスを持続的に製造するための遺伝子改変ペプチドリガンドを備えた微生物ナノワイヤー」)、上級著者の Derek Lovley (UMass Amherst の微生物学の特別教授) と Jun Yao (UMass Amherst の工学部の電気工学およびコンピューター工学の教授) は、自分自身の鼻より遠くを見る必要はありませんでした。 「人間の鼻には何百もの受容体があり、それぞれが XNUMX つの特定の分子に敏感です」と Yao は言います。 「それらは、設計可能な機械的または化学的デバイスよりもはるかに感度が高く、効率的です。 合成素材に頼るのではなく、生物学的デザイン自体をどのように活用できるかを考えました。」 言い換えれば、チームは病気を嗅ぎ分けるために自然と協力できないかと考えました。 答えは、として知られているバクテリアから始まります。 ジオバクターsulfurreducens、Lovley と Yao が以前使用していた 汗から長期間継続的に電気を生成できるバイオフィルムを作成する. G.硫黄還元'は、小さな導電性ナノワイヤを成長させる驚くべき自然な能力を持っています. しかし G.硫黄還元 増殖には特定の条件が必要な厄介な細菌であり、大規模な使用は困難です。 「私たちが行ったことは、ピリンと呼ばれる「ナノワイヤー遺伝子」を G.硫黄還元 そしてそれをDNAにつなぎます 大腸菌、世界で最も広まっているバクテリアのXNUMXつです。」 ピリン遺伝子が取り除かれると、 G.硫黄還元、Lovley、Yao およびチームは、アンモニアに非常に敏感な DLESFL として知られる特定のペプチドを含むようにそれを変更しました。 次に、改変されたピリン遺伝子を E. 大腸菌のの DNA、遺伝子的に微調整された細菌は、アンモニア感知ペプチドで毛羽立った小さなナノワイヤーを発芽させました。 次に、チームはこれらのアンモニアに敏感なナノワイヤーを採取し、センサーに組み込みました。
化学物質を嗅ぎ分ける能力を備えたナノワイヤーが採取され、センサーに組み込まれます。 (画像: Lekbach et al., 10.1016/j.bios.2023.115147) UMass Amherst の微生物学。 「微生物によって生成されたナノワイヤは、従来のシリコンまたは金属ナノワイヤで製造された以前に説明されたセンサーよりも、センサーとしてはるかに優れた機能を発揮します。」 そして、これらの新しいセンサーをアンモニアと腎臓病だけに限定する必要はありません. この論文のもう一人の共同筆頭著者であり、UMass Amherst の微生物学研究教授である植木敏行氏は、次のように述べています。 したがって、体から放出され、特定の疾患に特異的なトレーサー分子が特定されるにつれて、何百もの異なる化学物質を嗅ぐナノワイヤを組み込んだセンサーを作成して、あらゆる種類の健康状態を監視することができます。」
特定の分子は、遺伝子組み換え大腸菌で成長したナノワイヤにくっつきます。 (画像: UMass Amherst ) これらのブレークスルーを実現するには、ジャーナルに詳細が記載されています バイオセンサーとバイオエレクトリック (「電子センシングデバイスを持続的に製造するための遺伝子改変ペプチドリガンドを備えた微生物ナノワイヤー」)、上級著者の Derek Lovley (UMass Amherst の微生物学の特別教授) と Jun Yao (UMass Amherst の工学部の電気工学およびコンピューター工学の教授) は、自分自身の鼻より遠くを見る必要はありませんでした。 「人間の鼻には何百もの受容体があり、それぞれが XNUMX つの特定の分子に敏感です」と Yao は言います。 「それらは、設計可能な機械的または化学的デバイスよりもはるかに感度が高く、効率的です。 合成素材に頼るのではなく、生物学的デザイン自体をどのように活用できるかを考えました。」 言い換えれば、チームは病気を嗅ぎ分けるために自然と協力できないかと考えました。 答えは、として知られているバクテリアから始まります。 ジオバクターsulfurreducens、Lovley と Yao が以前使用していた 汗から長期間継続的に電気を生成できるバイオフィルムを作成する. G.硫黄還元'は、小さな導電性ナノワイヤを成長させる驚くべき自然な能力を持っています. しかし G.硫黄還元 増殖には特定の条件が必要な厄介な細菌であり、大規模な使用は困難です。 「私たちが行ったことは、ピリンと呼ばれる「ナノワイヤー遺伝子」を G.硫黄還元 そしてそれをDNAにつなぎます 大腸菌、世界で最も広まっているバクテリアのXNUMXつです。」 ピリン遺伝子が取り除かれると、 G.硫黄還元、Lovley、Yao およびチームは、アンモニアに非常に敏感な DLESFL として知られる特定のペプチドを含むようにそれを変更しました。 次に、改変されたピリン遺伝子を E. 大腸菌のの DNA、遺伝子的に微調整された細菌は、アンモニア感知ペプチドで毛羽立った小さなナノワイヤーを発芽させました。 次に、チームはこれらのアンモニアに敏感なナノワイヤーを採取し、センサーに組み込みました。
化学物質を嗅ぎ分ける能力を備えたナノワイヤーが採取され、センサーに組み込まれます。 (画像: Lekbach et al., 10.1016/j.bios.2023.115147) UMass Amherst の微生物学。 「微生物によって生成されたナノワイヤは、従来のシリコンまたは金属ナノワイヤで製造された以前に説明されたセンサーよりも、センサーとしてはるかに優れた機能を発揮します。」 そして、これらの新しいセンサーをアンモニアと腎臓病だけに限定する必要はありません. この論文のもう一人の共同筆頭著者であり、UMass Amherst の微生物学研究教授である植木敏行氏は、次のように述べています。 したがって、体から放出され、特定の疾患に特異的なトレーサー分子が特定されるにつれて、何百もの異なる化学物質を嗅ぐナノワイヤを組み込んだセンサーを作成して、あらゆる種類の健康状態を監視することができます。」
電気工学の新しいパラダイム
シリコンや炭素繊維でできた従来のナノワイヤーは毒性が高く、カーボン ナノチューブ自体が発がん性物質であり、最終的には非生分解性の電子廃棄物になります。 それらの原材料は、収穫と処理に膨大な量のエネルギーと化学物質の投入を必要とするだけでなく、環境に深刻な影響を与える可能性があります。 しかし、Lovley と Yao のナノワイヤは一般的なバクテリアから成長したものであるため、はるかに持続可能です。 「この一連の研究で最もエキサイティングなことの XNUMX つは、電気工学を根本的に新しい方向に進めていることです」と Yao 氏は言います。 生分解しない希少な原材料から作られたワイヤーの代わりに、これらのタンパク質ナノワイヤーの優れた点は、生命の遺伝子設計を使用して、安定した、用途が広く、影響が少なく、費用対効果の高いプラットフォームを構築できることです。」- SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62434.php
