Nutzung der Kraft der Elektrizität produzierenden Bakterien für programmierbare ‘Biohybriden’

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Eines Tages könnten mikrobielle Cyborgs – Bakterien in Kombination mit elektronischen Geräten – in Brennstoffzellen, Biosensoren und Bioreaktoren nützlich sein.

Doch zunächst müssen die Wissenschaftler Materialien entwickeln, die nicht nur die Mikroben nähren, sondern auch die Elektrizität oder andere Ressourcen, die sie erzeugen, effizient und kontrollierbar ernten.

Nun haben Forscher, die in ACS Applied Materials & Interfaces berichten, ein solches Material entwickelt, das es ihnen ermöglichte, ein programmierbares “Biohybrid”-System zu schaffen, das Elektronen von Elektrizität produzierenden (exoelektrogenen) Bakterien leitet.Im Gegensatz zu anderen Bakterien können Exoelektrogene Elektronen durch ihre äußere Membran zur Außenseite ihrer Zelle bewegen.

Wissenschaftler haben versucht, diese Elektrizität nutzbar zu machen, indem sie verschiedene Materialien verwendet haben, um die Elektronen zu einer Elektrode zu leiten.

Bislang waren jedoch leitfähige Materialien, die das Bakterienwachstum unterstützen, entweder ineffizient oder nicht leicht programmierbar, um den elektrischen Strom zu steuern.

Christof Niemeyer und Kollegen wollten ein Nanokomposit-Material entwickeln, das das Wachstum von Exoelektrogen unterstützt und gleichzeitig Elektrizität kontrolliert leitet.Die Forscher stellten ein poröses Hydrogel her, das aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kieselsäure-Nanopartikeln besteht, die durch DNA-Stränge miteinander verwoben sind.

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Sie fügten diesem Gerüst exoelektrogene Bakterien hinzu, zusammen mit flüssigem Kulturmedium, um die Mikroben mit Nährstoffen zu versorgen.

Das Material leitete die von den Bakterien produzierten Elektronen effizient zu einer Elektrode.

Die Bakterien wuchsen gut auf dem Material und durchdrangen es vollständig.

Um den Strom abzuschalten, fügten die Forscher ein Enzym hinzu, das DNA-Stränge abschneidet, wodurch das Material zerlegt wird.

Die Leitfähigkeit und andere Eigenschaften des Materials könnten auch durch Variation der Größe und Sequenz der DNA-Fragmente, die das Gerüst zusammenhalten, maßgeschneidert werden, sagen die Forscher.dna.

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