Представлен прототип бактериального генератора электроэнергии

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.

К сожалению, на практике научиться собирать заряды с отдельных клеток, живых и подвижных, оказалось совсем непросто. Первый прототип устройства, способного выполнить такую задачу, появился лишь недавно. Его разработчики — команда Кристофа Нимейера (Christof Niemeyer) из Технологического института Карлсруэ (KIT) — представили проект в статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Бактерии (отмечены зеленым), заселившие композит из углеродных нанотрубок (серые) и наночастиц кремния (фиолетовые), переплетенных нитями ДНК (синие) / ©Niemeyer Lab, KIT

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.

Лабораторные эксперименты показали, что такие структуры привлекают S. oneidensis, но не других бактерий. Они заселяли композит на всю его глубину — тогда как, например, кишечные палочки лишь осторожно закреплялись на поверхности. По словам ученых, «биогибридный композит» оставался стабильным на протяжении как минимум нескольких дней. При этом он проводил электричество.

Углеродные нанотрубки выступили в роли электрода, состоящего из густопереплетенной сети тонких нитей, и позволяли собирать заряженные частицы с поверхности запутавшихся в ней клеток. Регулировать работу такой системы ученые смогли с помощью ферментов, которые разрезают ДНК в композите, быстро останавливая его электрохимическую активность.

«Все вместе это показывает, что потенциально подобные материалы могут найти применение и за пределами ближайших областей — таких как создание новых биосенсоров, биореакторов и топливных ячеек», — резюмирует Кристоф Нимейер.