Metalåndende bakterier kan transformere elektronik, biosensorer, og mere

Når Shewanella oneidensis-bakterien "ånder" i visse metal- og svovlforbindelser anaerobt, hvordan en aerob organisme behandler ilt, det producerer materialer, der kan bruges til at forbedre elektronik, elektrokemisk energilagring, og medicinudleveringsanordninger.

Denne bakteries evne til at producere molybdændisulfid - et materiale, der let kan overføre elektroner, ligesom grafen - er fokus for forskning offentliggjort i Biointerfaser af et team af ingeniører fra Rensselaer Polytekniske Institut.

"Dette har et seriøst potentiale, hvis vi kan forstå denne proces og kontrollere aspekter af, hvordan bakterierne laver disse og andre materialer, " sagde Shayla Sawyer, en lektor i el, computer, og systemteknik hos Rensselaer.

Forskningen blev ledet af James Rees, som i øjeblikket er en postdoktoral forskningsmedarbejder under Sawyer-gruppen i tæt partnerskab og med støtte fra Jefferson Project ved Lake George - et samarbejde mellem Rensselaer, IBM Research, og FUND for Lake George, der er banebrydende for en ny model for miljøovervågning og forudsigelse. Denne forskning er et vigtigt skridt i retning af at udvikle en ny generation af næringsstofsensorer, der kan anvendes på søer og andre vandområder.

"Vi finder, at bakterier, der er tilpasset specifikke geokemiske eller biokemiske miljøer, kan skabe, i nogle tilfælde, meget interessante og nye materialer, " sagde Rees. "Vi forsøger at bringe det ind i den elektriske ingeniørverden."

Rees udførte dette banebrydende arbejde som kandidatstuderende, medrådgivning af Sawyer og Yuri Gorby, den tredje forfatter på dette papir. Sammenlignet med andre anaerobe bakterier, en ting, der gør Shewanella oneidensis særligt usædvanlig og interessant, er, at den producerer nanotråde, der er i stand til at overføre elektroner.

"Det egner sig til at forbinde til elektroniske enheder, der allerede er lavet, " sagde Sawyer. "Så, det er grænsefladen mellem den levende verden og den menneskeskabte verden, der er fascinerende."

Sawyer og Rees fandt også ud af, at fordi deres elektroniske signaturer kan kortlægges og overvåges, bakterielle biofilm kan også fungere som en effektiv næringsstofsensor, der kunne give Jefferson Project-forskere nøgleoplysninger om sundheden for et akvatisk økosystem som Lake George.

"Dette banebrydende arbejde ved hjælp af bakterielle biofilm repræsenterer potentialet for en spændende ny generation af 'levende sensorer,' ', hvilket fuldstændigt ville transformere vores evne til at opdage overskydende næringsstoffer i vandområder i realtid. Dette er afgørende for at forstå og afbøde skadelig algeopblomstring og andre vigtige vandkvalitetsproblemer rundt om i verden, " sagde Rick Relyea, direktør for Jefferson Project.

Sawyer og Rees planlægger at fortsætte med at udforske, hvordan man optimalt kan udvikle denne bakterie for at udnytte dens vidtrækkende potentielle anvendelser.

"Vi får nogle gange spørgsmålet med forskningen:Hvorfor bakterier? Eller, hvorfor bringe mikrobiologi ind i materialevidenskab?" Sagde Rees. "Biologi har haft så lang tid med at opfinde materialer gennem trial and error. De kompositter og nye strukturer, der er opfundet af menneskelige videnskabsmænd, er næsten en dråbe i bøtten sammenlignet med, hvad biologi har været i stand til."