Elektroniska enheter är fortfarande tillverkade av livlösa material. En dag, dock, "mikrobiella cyborgs" kan användas i bränsleceller, biosensorer, eller bioreaktorer. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har skapat den nödvändiga förutsättningen genom att utveckla en programmerbar, biohybridsystem som består av en nanokomposit och Shewanella oneidensis -bakterien som producerar elektroner. Materialet fungerar som en byggnadsställning för bakterierna och, på samma gång, leder den mikrobiellt producerade strömmen. Resultaten rapporteras i ACS -tillämpade material och gränssnitt .

Bakterien Shewanella oneidensis tillhör de så kallade exoelektrogena bakterierna. Dessa bakterier kan producera elektroner i den metaboliska processen och transportera dem till cellens yttre. Dock, användningen av denna typ av elektricitet har alltid varit begränsad av den begränsade interaktionen mellan organismer och elektroder. I motsats till konventionella batterier, materialet i detta "organiska batteri" behöver inte bara leda elektroner till en elektrod, men också för att optimalt ansluta så många bakterier som möjligt till denna elektrod. Än så länge, ledande material i vilka bakterier kan bäddas in har varit ineffektiva eller det har varit omöjligt att kontrollera den elektriska strömmen.

Teamet av professor Christof M. Niemeyer har nu lyckats utveckla en nanokomposit som stöder tillväxten av exoelektrogena bakterier och, på samma gång, leder strömmen på ett kontrollerat sätt. "Vi producerade en porös hydrogel som består av kolnanorör och kiseldioxid nanopartiklar sammanvävda av DNA -strängar, Säger Niemeyer. Sedan, gruppen tillsatte bakterien Shewanella oneidensis och ett flytande näringsmedium till ställningen. Och denna kombination av material och mikrober fungerade.

"Odling av Shewanella oneidensis i ledande material visar att exoelektrogena bakterier sätter sig på ställningen, medan andra bakterier, såsom Escherichia coli, förbli på ytan av matrisen, "förklarar mikrobiologen professor Johannes Gescher. Dessutom har laget bevisade att elektronflödet ökade med ett ökande antal bakterieceller som satte sig på den konduktiva, syntetisk matris. Denna biohybridkomposit förblev stabil i flera dagar och uppvisade elektrokemisk aktivitet, vilket bekräftar att kompositen effektivt kan leda elektroner som produceras av bakterierna till en elektrod.

Ett sådant system behöver inte bara vara ledande, den måste också kunna styra processen. Detta uppnåddes i experimentet:För att stänga av strömmen, forskarna lade till ett enzym som skär DNA -strängarna, som ett resultat av vilket kompositen sönderdelas.

"Så vitt vi vet, ett sådant komplex, funktionellt biohybridmaterial har nu beskrivits för första gången. Sammanlagt, våra resultat tyder på att potentiella tillämpningar av sådana material till och med kan sträcka sig bortom mikrobiell biosensorer, bioreaktorer, och bränslecellsystem, ”Framhåller Niemeyer.