Ledende skal for bakterier

Under anaerobe forhold, visse bakterier kan producere elektricitet. Denne adfærd kan udnyttes i mikrobielle brændselsceller, med særligt fokus på spildevandsbehandlingsordninger. Et svagt punkt er de utilfredsstillende effekttæthed af de mikrobielle celler. En ukonventionel løsning præsenteres nu af singaporeanske og kinesiske videnskabsmænd:som rapporteret i tidsskriftet Angewandte Chemie , de beklædte levende, elektroaktive bakterier med en ledende polymer og opnåede en højtydende anode til mikrobielle brændselsceller.

Historien om mikrobielle brændselsceller går tilbage til begyndelsen af ​​det 20. århundrede, hvor videnskabsmænd forbandt bakterieceller med elektroder for at generere elektricitet. Princippet er, at hvis der ikke er ilt til stede, bakteriernes stofskifte ændres til at producere protoner og elektroner i stedet for kuldioxid og vand. Disse elektroner kan bruges til strømgenerering i en elektrokemisk celle. Sådanne mikrobielle brændselsceller er i øjeblikket stærkt undersøgt for bæredygtig energiproduktion og, især, spildevandsrensning. Deres svage punkt er effekttætheden. Meget af bakteriernes elektrokemiske potentiale går til spilde, fordi de ikke nemt overfører deres producerede elektroner til elektroden. For at gøre dem mere ledende, Qichun Zhang fra Nanyang Technological University, Singapore, og hans kolleger udforskede ideen om at pakke bakterier ind i en skal af elektronledende polymerer. Udfordringen med dette er, at de coatede bakterier stadig skal være levedygtige.

Forskerne stolede på polymeren polypyrrol. "Modificeringen af ​​bakterieceller med polypyrrol forventes at forbedre bakteriecellernes elektriske ledningsevne uden at reducere deres levedygtighed, " forklarede forfatterne. Jernioner blev brugt som "den oxidative initiator til at gøre pyrrolmonomerer polymeriseret på [bakteriens] overflade." Den foretrukne organisme var proteobacterium Shewanella oneidensis, som er kendt for sin metaltolerance og både aerobe og anaerobe livsstil. Stadig levende og aktiv, de coatede bakterier blev testet for generering af biostrøm med en kulstofanode. Sammenlignet med deres umodificerede modstykker, de viste faktisk en 23 gange mindre modstand (hvilket betyder, forbedret ledningsevne), en femdobling af elproduktionen, og en 14 gange højere maksimal effektdensitet af anoden i en mikrobiel brændselscelle. Og hvis bakterierne blev fodret med laktat, forfatterne observerede en udtalt strøm, hvilket ikke skete, da der blev brugt ubehandlede bakterier.

Zhangs tilgang er en bemærkelsesværdig løsning på ledningsevneproblemet for en mikrobiel anode. Forfatterne mener, at dette belægningsskema af levende bakterier kan tilføje en ny dimension til udforskningen af ​​mikrobielle brændselsceller, samt generel forskning om celleoverfladefunktionalisering.