Mikrobielle cyborgs:Bakterier, der leverer strøm

Elektroniske enheder er stadig fremstillet af livløse materialer. En dag, imidlertid, "mikrobielle cyborgs" kan bruges i brændselsceller, biosensorer, eller bioreaktorer. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har skabt den nødvendige forudsætning ved at udvikle en programmerbar, biohybridsystem bestående af en nanokomposit og Shewanella oneidensis -bakterien, der producerer elektroner. Materialet fungerer som et stillads for bakterierne og på samme tid, leder den mikrobielt producerede strøm. Resultaterne er rapporteret i ACS -anvendte materialer og grænseflader .

Bakterien Shewanella oneidensis tilhører de såkaldte eksoelektrogene bakterier. Disse bakterier kan producere elektroner i den metaboliske proces og transportere dem til cellens ydre. Imidlertid, brug af denne type elektricitet har altid været begrænset af den begrænsede interaktion mellem organismer og elektroder. I modsætning til konventionelle batterier, materialet i dette "organiske batteri" behøver ikke kun at lede elektroner til en elektrode, men også for optimalt at forbinde så mange bakterier som muligt til denne elektrode. Indtil nu, ledende materialer, hvori bakterier kan indlejres, har været ineffektive, eller det har været umuligt at kontrollere den elektriske strøm.

Teamet af professor Christof M. Niemeyer er nu lykkedes med at udvikle en nanokomposit, der understøtter væksten af ​​eksoelektrogene bakterier og, på samme tid, leder strøm på en kontrolleret måde. "Vi producerede en porøs hydrogel, der består af carbon nanorør og silica nanopartikler sammenvævet af DNA -tråde, "Siger Niemeyer. Så, gruppen tilføjede bakterien Shewanella oneidensis og et flydende næringsmedium til stilladset. Og denne kombination af materialer og mikrober fungerede.

"Dyrkning af Shewanella oneidensis i ledende materialer viser, at eksoelektrogene bakterier sætter sig på stilladset, mens andre bakterier, såsom Escherichia coli, forblive på overfladen af ​​matrixen, "forklarer mikrobiolog professor Johannes Gescher. Desuden er teamet beviste, at elektronstrømmen steg med et stigende antal bakterieceller, der satte sig på den ledende, syntetisk matrix. Denne biohybridkomposit forblev stabil i flere dage og udviste elektrokemisk aktivitet, hvilket bekræfter, at kompositmaterialet effektivt kan lede elektroner produceret af bakterierne til en elektrode.

Et sådant system behøver ikke kun at være ledende, den skal også kunne styre processen. Dette blev opnået i forsøget:For at slukke for strømmen, forskerne tilføjede et enzym, der klipper DNA -strengene, som følge heraf nedbrydes kompositten.

"Så vidt vi ved, sådan et kompleks, funktionelt biohybridmateriale er nu blevet beskrevet for første gang. Alt i alt, vores resultater tyder på, at potentielle anvendelser af sådanne materialer endda kan strække sig ud over mikrobielle biosensorer, bioreaktorer, og brændselscellesystemer, ”Understreger Niemeyer.