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供電的細菌微生物機器人
現(xiàn)在的電子設(shè)備仍然是由無生命的材料制成的。然而，有一天，"微生物機器人 "可能會被用于燃料電池、生物傳感器或生物反應(yīng)器中?？査刽敹蚶砉W(xué)院（KIT）的科學(xué)家們通過開發(fā)一種由納米復(fù)合材料和產(chǎn)生電子的Shewanella oneidensis細菌組成的可編程生物混合系統(tǒng)，為微生物機器人創(chuàng)造了必要的前提條件。該材料作為細菌的支架，同時還能傳導(dǎo)微生物產(chǎn)生的電流。該研究結(jié)果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
Shewanella oneidensis細菌屬于所謂的外電性細菌。這些細菌可以在新陳代謝過程中產(chǎn)生電子，并將其輸送到細胞外部。然而，由于生物體和電極的相互作用受到限制，這種電的使用一直受到限制。與傳統(tǒng)電池不同的是，這種 "有機電池 "的材料不僅要將電子傳導(dǎo)到電極上，還要將盡可能多的細菌與這個電極進行最佳連接。到目前為止，能夠嵌入細菌的導(dǎo)電材料都是低效的，否則無法控制電流。
現(xiàn)在，Christof M. Niemeyer教授的團隊已經(jīng)成功地開發(fā)出了一種納米復(fù)合材料，這種納米復(fù)合材料能夠支持外生細菌的生長，同時還能以可控的方式傳導(dǎo)電流。"我們制作了一種多孔水凝膠，由碳納米管和二氧化硅納米顆粒組成的多孔水凝膠由DNA股交織而成，"Niemeyer說。然后，研究小組在支架上添加了Shewanella oneidensis細菌和液體營養(yǎng)介質(zhì)。而這種材料和微生物的組合起了作用。
"Shewanella oneidensis在導(dǎo)電材料中的培養(yǎng)表明，外電性細菌會在支架上沉淀，而其他細菌，如大腸桿菌，則留在基體表面，"微生物學(xué)家Johannes Gescher教授解釋說。此外，研究小組證明，隨著沉淀在導(dǎo)電合成基體上的細菌細胞數(shù)量的增加，電流也會增加。這種生物混合基體在數(shù)天內(nèi)保持穩(wěn)定，并表現(xiàn)出了電化學(xué)活性，這證實了這種合成基體可以有效地將細菌產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)到電極上。
這樣的系統(tǒng)不僅要有導(dǎo)電性，還必須能夠控制這個過程。這一點在實驗中得到了實現(xiàn)。為了關(guān)閉電流，研究人員在實驗中加入了一種能切割DNA鏈的酶，結(jié)果是復(fù)合體被分解。
"據(jù)我們所知，現(xiàn)在已經(jīng)首次描述了這樣一種復(fù)雜的、功能性的生物雜交材料?？偟膩碚f，我們的研究結(jié)果表明，這種材料的潛在應(yīng)用甚至可能超越微生物生物傳感器、生物反應(yīng)器和燃料電池系統(tǒng)，"Niemeyer強調(diào)說。
