Углеродные нанотрубки повышают эффективность бактериальных солнечных элементов
Инженеры EPFL нашли способ вставлять углеродные нанотрубки в фотосинтезирующие бактерии, что значительно увеличивает их электрическую мощность. Они даже передают эти нанотрубки своим потомкам при делении посредством того, что команда ученых называет «унаследованной нанобионикой».
Солнечные батареи являются ведущим источником возобновляемой энергии, но их производство оказывает большое влияние на окружающую среду.
Как и во многих других случаях, ученые могут следовать указаниям природы о том, как улучшить наши устройства, и в этом случае фотосинтезирующие бактерии, которые получают энергию от солнечного света, могут быть использованы в микробных топливных элементах.
В новом исследовании команда ученых EPFL дала этим бактериям импульс, вставив углеродные нанотрубки — крошечные свернутые листы графена, материала, который известен своей проводимостью. Бактерии с нанотрубками смогли производить в 15 раз больше электричества, чем их немодифицированные собратья, из того же количества солнечного света.
Исследователи говорят, что поместить нанотрубки внутрь бактерий — непростая задача, но они справились с ней, «украсив» поверхность бактерий положительно заряженными белками.
Это притягивает их к внешним мембранам бактерий, которые заряжены отрицательно. Технология сработала на двух видах бактерий, Synechocystis и Nostoc, которые имеют очень разные формы.
Но, возможно, самая интригующая часть заключается в том, что когда бактерии делятся, они передают углеродные нанотрубки — и, соответственно, лучшие электрические свойства — новым бактериям.
Однако со временем такая передача уменьшается, поскольку концентрация углеродных нанотрубок распределяется между все большим количеством бактерий, но это интересное доказательство концепции того, что ученые называют унаследованной нанобионикой.
«Это похоже на искусственную конечность, которая дает вам возможности, превосходящие то, что вы можете достичь естественным образом», — сказал профессор Ардемис Богоссян, автор исследования.
«А теперь представьте, что ваши дети могут унаследовать ее свойства от вас, когда родятся. Мало того, что мы придали бактериям искусственное поведение, это поведение также унаследовано их потомками. Это наша первая демонстрация унаследованной нанобионики».
Ученые говорят, что, помимо производства новых фотоэлектрических устройств, новый метод введения углеродных нанотрубок также может быть полезен для мониторинга внутренней работы бактерий или для отслеживания родословной между поколениями в популяции.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.