QQ在線
企業(yè)微信
資訊
392
供電的細(xì)菌微生物機(jī)器人
現(xiàn)在的電子設(shè)備仍然是由無(wú)生命的材料制成的。然而，有一天，"微生物機(jī)器人 "可能會(huì)被用于燃料電池、生物傳感器或生物反應(yīng)器中。卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的科學(xué)家們通過(guò)開發(fā)一種由納米復(fù)合材料和產(chǎn)生電子的Shewanella oneidensis細(xì)菌組成的可編程生物混合系統(tǒng)，為微生物機(jī)器人創(chuàng)造了必要的前提條件。該材料作為細(xì)菌的支架，同時(shí)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(xì)菌屬于所謂的外電性細(xì)菌。這些細(xì)菌可以在新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生電子，并將其輸送到細(xì)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(jī)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(xì)菌與這個(gè)電極進(jìn)行最佳連接。到目前為止，能夠嵌入細(xì)菌的導(dǎo)電材料都是低效的，否則無(wú)法控制電流。
現(xiàn)在，Christof M. Niemeyer教授的團(tuán)隊(duì)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(xì)菌的生長(zhǎng)，同時(shí)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(shuō)。然后，研究小組在支架上添加了Shewanella oneidensis細(xì)菌和液體營(yíng)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(xì)菌會(huì)在支架上沉淀，而其他細(xì)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(shuō)。此外，研究小組證明，隨著沉淀在導(dǎo)電合成基體上的細(xì)菌細(xì)胞數(shù)量的增加，電流也會(huì)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(shí)了這種合成基體可以有效地將細(xì)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(gè)過(guò)程。這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)中得到了實(shí)現(xiàn)。為了關(guān)閉電流，研究人員在實(shí)驗(yàn)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?lái)說(shuō)，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(qiáng)調(diào)說(shuō)。
