Phát triển các thiết bị điện tử 'xanh': Đội tìm thấy vi khuẩn từ Potomac mang lại chất liệu điện tử tốt hơn

Anonim

Các nhà vi sinh vật tại Đại học Massachusetts Amherst báo cáo rằng họ đã phát hiện ra một loại dây tự nhiên mới được sản xuất bởi vi khuẩn có thể đẩy nhanh mục tiêu phát triển các vật liệu “xanh” bền vững cho ngành công nghiệp điện tử. Nghiên cứu của Derek Lovley và các đồng nghiệp đã xuất hiện trong mBio tuần này, tạp chí hàng đầu của Hiệp hội Vi sinh học Mỹ.

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các dây nano vi sinh vật, các sợi protein mà vi khuẩn sử dụng tự nhiên để tạo ra các kết nối điện với các vi sinh vật hoặc khoáng chất khác.

Như Lovley giải thích, "Dây nano vi sinh là một vật liệu điện tử mang tính cách mạng với những ưu điểm đáng kể so với vật liệu nhân tạo. Các dây nano tổng hợp hóa học trong phòng thí nghiệm yêu cầu hóa chất độc hại, nhiệt độ cao và / hoặc kim loại đắt tiền. dây nano có thể được sản xuất hàng loạt ở nhiệt độ phòng từ nguyên liệu tái tạo rẻ tiền trong lò phản ứng sinh học với đầu vào năng lượng thấp hơn nhiều. Và sản phẩm cuối cùng không chứa các thành phần độc hại. "

"Do đó, các dây nano vi sinh cung cấp một tiềm năng chưa từng có để phát triển vật liệu mới, thiết bị điện tử và cảm biến cho các ứng dụng đa dạng với công nghệ thân thiện môi trường mới", ông nói thêm. "Đây là một tiến bộ quan trọng trong công nghệ dây nano vi sinh vật. Cách tiếp cận chúng tôi phác thảo trong bài báo này chứng minh một phương pháp nhanh chóng để tìm kiếm trong tự nhiên để tìm tài liệu điện tử tốt hơn."

Cho đến nay phòng thí nghiệm của Lovely đã làm việc với các dây nano chỉ là một loại vi khuẩn, Geobacter sulfurreducens. Lovley nói: “Các nghiên cứu ban đầu của chúng tôi tập trung vào một Geobacter vì chúng tôi chỉ cố gắng hiểu tại sao một vi khuẩn lại tạo ra những sợi dây nhỏ xíu. "Bây giờ chúng tôi quan tâm nhất đến các dây nano như một vật liệu điện tử và muốn hiểu rõ hơn về phạm vi đầy đủ của những gì thiên nhiên có thể cung cấp cho các ứng dụng thực tế này".

Khi phòng thí nghiệm của ông bắt đầu xem xét các sợi protein của các loài Geobacter khác, họ đã rất ngạc nhiên khi tìm thấy một phạm vi rộng trong độ dẫn điện. Ví dụ, một loài được thu hồi từ đất ô nhiễm urani tạo ra các sợi kém dẫn điện. Tuy nhiên, một loài khác, Geobacter metallireducens - ngẫu nhiên là Geobacter đầu tiên từng bị cô lập - tạo ra các dây nano có độ dẫn điện cao gấp 5.000 lần so với các dây G. sulfurreducens. Lovley nhớ lại, "Tôi đã cô lập metallireducens từ bùn trên sông Potomac cách đây 30 năm, và cứ sau vài năm nó lại cho chúng ta một sự ngạc nhiên mới."

Trong nghiên cứu mới của họ được hỗ trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ, họ không nghiên cứu trực tiếp chủng G. metallireducens. Thay vào đó, họ đã lấy gen cho protein mà lắp ráp vào các dây nano vi sinh vật từ nó và đưa nó vào G. sulfurreducens. Kết quả là một G. sulfurreducens biến đổi gen biểu hiện protein G. metallireducens, làm cho các dây nano dẫn điện nhiều hơn G. sulfurreducens sẽ tự nhiên tạo ra.

Hơn nữa, Lovley nói, "Chúng tôi đã phát hiện ra rằng G. sulfurreducens sẽ biểu hiện gen filament từ nhiều loại vi khuẩn khác nhau. Điều này giúp đơn giản hóa việc tạo ra sự đa dạng của sợi trong cùng một vi sinh vật và nghiên cứu tính chất của chúng trong điều kiện tương tự."

"Với cách tiếp cận này, chúng tôi đang tìm kiếm thông qua thế giới vi sinh vật để xem những gì có mặt ở đó về vật liệu dẫn điện hữu ích", ông nói thêm. "Có một lượng lớn các gen filament trong thế giới vi sinh vật và bây giờ chúng ta có thể nghiên cứu các sợi được tạo ra từ những gen này ngay cả khi gen xuất phát từ một vi khuẩn chưa từng được nuôi cấy."

Các nhà nghiên cứu cho rằng độ dẫn điện cực cao của các dây nano G. metallireducens dẫn đến sự phong phú lớn hơn của các axit amin thơm. Các vòng thơm được đóng gói chặt chẽ dường như là một thành phần quan trọng của độ dẫn dây nano vi sinh vật, và nhiều vòng thơm hơn có thể có nghĩa là các kết nối tốt hơn để truyền electron dọc theo các sợi protein.

Độ dẫn điện cao của các dây nano G. metallireducens cho thấy rằng chúng có thể là vật liệu hấp dẫn để xây dựng các vật liệu dẫn điện, thiết bị điện tử và cảm biến cho các ứng dụng y tế hoặc môi trường. Các tác giả nói rằng khám phá thêm về các cơ chế dẫn điện dây nano "cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về cách chúng ta có thể tạo ra các dây tốt hơn với các gen mà chúng ta tự thiết kế."

menu
menu