Немецкие ученые представили «биогибридный композит», который позволяет напрямую извлекать электрические заряды из бактериальных клеток.
Морские Shewanella oneidensis широко известны в качестве «бактерий, которые питаются электричеством». В самом деле, эти микробы способны получать и напрямую использовать свободные электроны для восстановления металлических оксидов. Неудивительно, что с тех пор, как их уникальные способности были обнаружены, ученые не оставляют попытки превратить эти бактерии в живые источники «чистой» электрической энергии.
Практическая реализация сбора зарядов с отдельных живых и подвижных клеток оказалась сложной задачей. Первый прототип устройства, способного на это, был разработан совсем недавно. Команда Кристофа Нимейера из Технологического института Карлсруэ (KIT) представила свою разработку в статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Для утилизации «сверхспособностей» S. oneidensis ученые собрали композитную основу — заполненный жидкостью гидрогель, состоящий из углеродных нанотрубок и цепочек сферических кремниевых наночастиц, переплетенных длинными нитями ДНК.
По результатам лабораторных исследований выяснилось, что данные структуры обладают свойством притягивать S. oneidensis, эти бактерии колонизировали материал, но не другие виды бактерий. Они проникали вглубь композита, в отличие, к примеру, от кишечных палочек, которые лишь прикреплялись к его поверхности. Ученые сообщают, что «биогибридный композит» сохранял свою устойчивость в течение как минимум нескольких дней, при этом обеспечивая электропроводность.
Углеродные нанотрубки использовались в качестве электрода, представляющего собой плотную сеть тонких волокон, благодаря чему заряженные частицы могли удерживаться на их поверхности, захватывая клетки. Ученым удалось контролировать работу этой системы, используя ферменты, которые расщепляли ДНК в композите, что приводило к быстрому прекращению его электрохимической активности.
«Все это свидетельствует о том, что данные материалы могут быть востребованы и в других сферах, например, при разработке новых биосенсоров, биореакторов и топливных ячеек», — резюмирует Кристоф Нимейер.