Shewanella oneidensis细菌属于所谓的外电性细菌。这些细菌可以在新陈代谢过程中产生电子,并将其输送到细胞外部。然而,由于生物体和电极的相互作用受到限制,这种电的使用一直受到限制。与传统电池不同的是,这种 "有机电池 "的材料不仅要将电子传导到电极上,还要将尽可能多的细菌与这个电极进行最佳连接。到目前为止,能够嵌入细菌的导电材料都是低效的,否则无法控制电流。
现在,Christof M. Niemeyer教授的团队已经成功地开发出了一种纳米复合材料,这种纳米复合材料能够支持外生细菌的生长,同时还能以可控的方式传导电流。"我们制作了一种多孔水凝胶,由碳纳米管和二氧化硅纳米颗粒组成的多孔水凝胶由DNA股交织而成,"Niemeyer说。然后,研究小组在支架上添加了Shewanella oneidensis细菌和液体营养介质。而这种材料和微生物的组合起了作用。
"Shewanella oneidensis在导电材料中的培养表明,外电性细菌会在支架上沉淀,而其他细菌,如大肠杆菌,则留在基体表面,"微生物学家Johannes Gescher教授解释说。此外,研究小组证明,随着沉淀在导电合成基体上的细菌细胞数量的增加,电流也会增加。这种生物混合基体在数天内保持稳定,并表现出了电化学活性,这证实了这种合成基体可以有效地将细菌产生的电子传导到电极上。
这样的系统不仅要有导电性,还必须能够控制这个过程。这一点在实验中得到了实现。为了关闭电流,研究人员在实验中加入了一种能切割DNA链的酶,结果是复合体被分解。
"据我们所知,现在已经首次描述了这样一种复杂的、功能性的生物杂交材料。总的来说,我们的研究结果表明,这种材料的潜在
应用甚至可能超越微生物生物传感器、生物反应器和燃料电池系统,"Niemeyer强调说。