Кабельные бактерии: живые электрические провода с рекордной проводимостью
Ученые из Университета Антверпена (Бельгия), Делфтского технического университета (Нидерланды) и Университета Хасселта (Бельгия) сообщили о бактериях, которые питаются электричеством и могут передавать ток на большие расстояния по высокопроводящим «линиям электропередачи». Сантиметровые бактерии с морского дна содержат сеть проводящих волокон, работающую аналогично медной проводке. Эти волокна создают новый интерфейс между биологией и электроникой.
Кабельные бактерии — это многоклеточные микроорганизмы длиной в сантиметр, состоящие из тысяч клеток, выстроенных в ряд. Подробные исследования показывали, что по морскому дну должны протекать электрические токи, и все данные указывали, что их генерируют и проводят кабельные бактерии. Однако прямых доказательств их проводимости не было.
Мультидисциплинарная команда разработала процедуру извлечения одной бактериальной нити из грунта и подключения её к установке с микроэлектродами. Ученые наблюдали большой ток, проходящий через тонкую нить бактерии. В ходе экспериментов удалось зафиксировать ток в нити длиной более 1 см. Это расширяет известный масштаб биологического транспорта электронов на порядки величины.
Продвинутая микроскопия показала, что клеточная стенка бактерий содержит параллельную сеть волокон, идущих по всей их длине. С помощью специальной химической процедуры ученые удалили клеточный материал, оставив только волокнистую структуру. Электрохимические измерения подтвердили, что именно эта сеть волокон является проводящей структурой.
Измерения выявили, что волокна поддерживают чрезвычайно высокую плотность тока на единицу площади, сравнимую с плотностью тока в медной проводке бытовых приборов. Проводимость волокон необычно высока и превышает 20 См·см-1. Эта проводимость сопоставима с лучшими проводящими полимерными материалами, используемыми в гибких солнечных панелях или складных телефонах.
Открытие высокопроводящих волокон представляет огромные возможности для новых функциональных материалов и технологий, поскольку все известные биологические материалы (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты) являются крайне плохими проводниками. Биоматериалы могут быть использованы для создания биоразлагаемой электроники, что уменьшит проблему электронных отходов, или в здравоохранении для имплантируемых устройств.
Исследование опубликовано в научном журнале Nature Communications.