Un team di scienziati della University of Wisconsin-Madison ha realizzato un circuito bio-elettronico usando singole cellule batteriche. Un lavoro, pubblicato sul numero di aprile di Nano Letters, che riveste una particolare importanza nella prospettiva di realizzare mediante questa tecnica dispositivi atomico-molecolari oppure una nuova classe di bio-sensori capaci di rilevare quasi istantaneamente agenti biologici virulenti come l'antrace.

“Una delle più grandi sfide della nano-ingegneria rimane l'assemblaggio di oggetti nanometrici in sistemi più complessi”, dice Robert Hamers, professore di chimica alla UW-Madison, tra gli autori della ricerca. “I batteri e altri minuscoli sistemi biologici possono essere usati come modelli di riferimento”.

Hamers e i suoi colleghi della UW-Madison, Joseph Beck, Lu Shang e Matthew Marcus, hanno sviluppato un sistema in cui microbi viventi, in particolare batteri, sono guidati, uno alla volta, lungo un canale verso un paio di elettrodi. Scivolando tra gli elettrodi, i microbi diventano giunzioni elettriche che forniscono ai ricercatori l'abilità di catturare, interrogare e rilasciare cellule batteriche una ad una. Associata ad un sensore, tale capacità può permettere la rilevazione di agenti microbiologici.

“I risultati sono parrticolarmente significativi perché forniscono la possibilità di dotare oggetti nanoscopici come nanotubi e nanocavi di contatti bio-elettrici comandabili”, dice Hamers. Ad esempio, sfruttando la complessa topografia della superficie delle cellule batteriche e le interazioni microbiche con gli anticorpi, è possibile dare forma a complesse nanostrutture mediante l'abilità naturale delle cellule di attaccarsi a differenti tipi di molecole. Un potenziale che supera in termini di economia e affidabilità l'ardua manipolazione dei singoli nano-componenti tramite complessi procedimenti chimico-elettrici.

“Ci vuole molto tempo per ottenere un piccolissimo nanotubo o un nanocavo e cose simili”, dice Hamers, “i batteri e altri sistemi biologici, che sono nanostrutture naturali, possono essere manipolati molto più facilmente”. Il gruppo ha mostrato che è possibile catturare cellule lungo un elettrodo e dirigerle lungo uno stretto canale come su u nastro trasportatore. Le singole cellule batteriche rimangono poi intrappolate tra i piccoli spazi dei contatti elettrici: “Possiamo misurarle e rilasciarle a nostro piacimento”, dice Beck, della UW-Madison, tra gli autori dell'articolo pubblicato sulle Nano Letters.

In pratica, le propietà chimiche espresse naturalmente dalle cellule batteriche possono essere “cablate” e trattate in forma elettrica in modo da fornire le basi a nano-dispositivi sensibili in grado di monitorare il contenuto microbiologico di determinati ambienti, una capacità che può essere usata per testare l'eventuale presenza di agenti patologici, ma anche, in futuro, per selezionare e rilasciare determinate cellule da misture complesse, il che potrebbe condurre ad importanti applicazioni nel campo dei nanocomputers biologici.

Immagine: nano-microbes (batteri vivi diretti lungo uno stretto canale verso un paio di elettrodi dove rimangono intrappolati da leggere correnti elettriche. I batteri diventano così delle “bio-giunzioni” utilizzabili a mò di transistors Se ne possono ricavare nano-dispositivi elettronici o anche bio-sensori per rilevare all'istante in spazi pubblici i microbi usati per esempio in un attacco bio-terroristico. Guarda il video MPEG a cura di The Hamers Group movie).

Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

The Hamers Group

Nano Letters