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Des transistors biologiques avec des nanofilaments bactériens

ActualitéClassé sous :physique , biologie , Nature Nanotechnology

Un groupe de chercheurs américains a découvert que les protéines synthétisées sous forme de nanofilaments par des bactéries étaient aussi conductrices que le métal. Présentée comme un changement de paradigme en biologie, cette découverte pourrait révolutionner la bioélectronique et la nanotechnologie.

Entourée par des nanofilaments conducteurs en bleu sur cette image prise au microscope, on voit une bactérie Geobacter. © Anna Klimes-Ernie Carbone

La première espèce de bactérie Geobacter (souche initialement désignée GS-15) a été isolée en 1987 dans des sédiments de la rivière Potomac aux États-Unis. Rebaptisée Geobacter metallireducens, cette bactérie fut le premier organisme connu capable d'oxyder des composés organiques avec l'aide d'oxyde de fer, c'est-à-dire qu'il s'est montré capable d'utiliser ces oxydes de la même façon que les animaux qui utilisent de l'oxygène pour produire de l'énergie.

Cette propriété remarquable ainsi que la découverte d'autres espèces de Geobacteront vivement intéressé les chercheurs pour plusieurs raisons. D'abord, on peut s'en servir pour dépolluer des sols contaminés par des hydrocarbures et même des particules radioactives. Ensuite, les transferts d'électrons impliqués dans les processus de production de CO2 à partir d'oxyde de fer et de molécules organiques sont des analogues de la photosynthèse et peuvent aussi servir à produire de la bioélectricité.

Mais ce qui fait l'intérêt de la découverte faite par les chercheurs du laboratoire mené par Derek Lovley, publiée dans un article (donné en lien ci-dessous) du journal Nature Nanotechnology, ce sont ses implications dans le domaine de la bioélectronique.

Un groupe de bactéries Geobacter se développant sur un morceau d'oxyde de fer. Les couleurs sont fausses. © Derek Lovley

L'espèce Geobacter sulfurreducens produit des protéines formant des filaments de 3 à 5 nanomètres de diamètre et pouvant s'étendre jusqu'à des dizaines de micromètres de longueur. Ces nanofilaments forment des biofilms microbiens et, à leur grande surprise, les chercheurs ont constaté qu'ils pouvaient conduire l'électricité (comme des métaux) sur une longueur de quelques centimètres. C'est la première fois que l'on découvre un matériau biologique se comportant comme un métal, on croyait jusqu'à présent que de tels biofilms devaient se comporter comme des isolants.

Une nouvelle électronique ?

Or, Geobacter peut se développer sans problème sur une électrode, au lieu d'un morceau d'oxyde de fer. Les chercheurs ont profité de ce fait pour fabriquer un dispositif, avec des électrodes en or et un biofilm, qui se comporte comme un transistor s'ouvrant et se fermant sous l'action d'une différence de potentiel. Remarquablement, la conductivité du biofilm peut être elle aussi contrôlée par un simple changement de température. On est donc en présence d'un nouveau type de transistor organique.

Selon le physicien Mark Tuominen, qui a participé aux recherches des microbiologistes publiées dans Nature : « Cette découverte met non seulement en avant un nouveau principe important en biologie mais aussi dans la science des matériaux. Nous pouvons maintenant examiner un éventail de nouveaux nanomatériaux conducteurs qui sont vivants, naturels, non toxiques, plus faciles à produire et moins coûteux que ceux artificiellement produits par l'Homme. Ils peuvent même nous permettre d'utiliser l'électronique dans l'eau et des milieux humides. Cela ouvre des possibilités intéressantes pour des applications en biologie et pour la production d'énergie qui n'étaient pas possibles auparavant ».

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