Микробные Киборги превращают бактерии в источники энергии

Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии разрабатывают «микробных киборгов», которые генерируют полезную электроэнергию, комбинируя бактерии Shewanella oneidensis с нанокомпозитным материалом.

Сегодня все электрические устройства — это только техника, питающаяся от безжизненных батарей и других источников энергии. Однако если новая концепция будет доведена до практической стадии, мы сможем увидеть биосенсоры и крошечные топливные элементы, а однажды даже смартфоны и тому подобное, работающие на электричестве, поставляемом микроскопическими киборгами.

Как может подтвердить любой, кто имел несчастье прикоснуться к электрическому угрю, живые организмы могут генерировать удивительное количество электричества.

Это относится не только к рыбам, но и даже на микробном уровне к некоторым видам бактерий. Эти экзоэлектрогенные бактерии естественным образом производят электроны в рамках своих метаболических процессов, которые затем мигрируют на внешнюю поверхность одноклеточного организма.

Проблема в том, что это электричество очень трудно контролировать или даже улавливать на электроде.

Команда исследователей KIT, возглавляемая профессором Кристофом Нимейером, создала каркас для бактерий Shewanella oneidensis, состоящий из пористого гидрогеля, состоящего из углеродных нанотрубок и наночастиц кремнезема, переплетенных нитями ДНК.

Этот нанокомпозитный каркас оказывается очень привлекательным для экзоэлектрогенных бактерий, заставляя их оседать на нем, в то время как другие виды, такие как кишечная палочка, этого не делают.

По словам ученых, этот каркас не только поддерживает бактерии в течение нескольких дней, но и действует как проводник, производя электрохимическую активность, которую можно уловить с помощью электрода. Кроме того, добавив фермент, который разрезает нити ДНК, ученые могут контролировать этот процесс.

«Насколько нам известно, такой сложный, функциональный биогибридный материал сейчас описан впервые», — говорит Кристоф Нимейер. «В целом, наши результаты показывают, что потенциальные области применения таких материалов могут даже выходить за рамки микробных биосенсоров, биореакторов и систем топливных элементов.»

Исследование было опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.