Någon dag, mikrobiella cyborger - bakterier i kombination med elektroniska enheter - kan vara användbara i bränsleceller, biosensorer och bioreaktorer. Men först, forskare behöver utveckla material som inte bara ger näring åt mikroberna, utan också effektivt och kontrollerbart skörda elen eller andra resurser de gör. Nu, forskare som rapporterar in ACS tillämpade material och gränssnitt har utvecklat ett sådant material som gjorde det möjligt för dem att skapa ett programmerbart "biohybrid"-system som leder elektroner från elproducerande (exoelektrogena) bakterier.

Till skillnad från andra bakterier, exoelektrogener kan flytta elektroner över deras yttre membran till utsidan av sin cell. Forskare har försökt utnyttja denna elektricitet genom att använda olika material för att leda elektronerna till en elektrod. Än så länge, dock, ledande material som stöder bakterietillväxt har antingen varit ineffektiva, eller inte lätt programmerbar för att styra den elektriska strömmen. Christof Niemeyer och kollegor ville utveckla ett nanokompositmaterial som stödjer exoelektrogentillväxt samtidigt som de leder elektricitet på ett kontrollerat sätt.

Forskarna gjorde en porös hydrogel som består av kolnanorör och kiseldioxidnanopartiklar, sammanvävda av DNA-strängar. De lade till exoelektrogena bakterier till denna ställning, tillsammans med flytande odlingsmedium för att förse mikroberna med näringsämnen. Materialet ledde effektivt de elektroner som produceras av bakterierna till en elektrod. Bakterierna växte bra på materialet, genomtränger den helt. För att stänga av strömmen, forskarna lade till ett enzym som klippte DNA-strängar, får materialet att demonteras. Konduktiviteten och andra egenskaper hos materialet kan också skräddarsys genom att variera storleken och sekvensen av DNA-fragmenten som håller ihop ställningen, säger forskarna.