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#Neues aus der Industrie
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Biologen machen großen Sprung in sich entwickelnder ‚grüner‘ Elektronik
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Forschung UMass Amherst findet, dass Mikrobenerträge elektronisches Material verbessern
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Biologen an der Universität von Bericht Massachusetts Amherst, dass sie einen neuen Typ Mikrobennanodraht produziert durch Bakterien entdeckt haben, die die Entwicklung von nachhaltigen „grünen“ Leitmaterialien für die Elektronikindustrie groß beschleunigen konnten.
Die Studie durch Derek Lovley und Kollegen erscheint diese Woche in einem Papier des freien Zugangs im mBio, die amerikanische Gesellschaft der ersten Zeitschrift der Mikrobiologie.
Eine Bakterie, die als Geobacter-sulfurreducens bekannt ist, benutzt die Proteinfilamente natürlich, um elektrische Beziehungen mit anderen Mikroben oder Mineralien herzustellen.
Wie Lovley erklärt, „Mikrobennanodrähte sind ein revolutionäres elektronisches Material mit erheblichen Vorteilen über künstlichen Materialien. Nanodrähte im Labor chemisch synthetisieren erfordert giftige Chemikalien, hohe Temperaturen und/oder teure Metalle. Der Energiebedarf ist enorm. Durch Kontrast können natürliche Mikrobennanodrähte von den billigen auswechselbaren Viehbeständen in den Bioreaktoren mit viel unteren Energieaufnahmen bei Zimmertemperatur in Serienfertigung hergestellt werden. Und das Endprodukt ist frei von den giftigen Komponenten.“
Confocal Scannenlaser-Mikrographen von G.-sulfurreducens Anode Biofilms geerntet auf Tag10. Stange, µm 25. (Kredit: Et al. Yang Tans/mBio)
Die Mikrobennanodrähte bieten ein beispielloses Potenzial für das Entwickeln von neuen elektronischen Geräten an und die Sensoren für verschiedene Anwendungen mit einer neuen umweltfreundlichen Technologie, reizend sagt. „Dieses ist ein wichtiger Fortschritt in der Mikrobennanodrahttechnologie. Die Annäherung, die wir in diesem Papier umreißen, zeigt ein Schnellverfahren für die Prospektierung, in der Natur, zum von besseren elektronischen Materialien zu finden.“
Als sein Labor anfing, die Proteinfilamente anderer Geobacter-Spezies zu betrachten, waren sie überrascht, eine breite Palette in den Leitfähigkeiten zu finden. Zum Beispiel produzierten die Spezies eins, die von Uran-verseuchtem Boden erholt wurden, schlecht leitfähige Fäden. Jedoch produzierten eine anderen Spezies, Geobacter-metallireducens Nanodrähte 5.000mal, die als die G.-sulfurreducens Drähte leitfähiger sind. Vor Lovley ruft zurück, „ich lokalisierte metallireducens vom Schlamm im Potomac 30 Jahren und jedes Paar von Jahren, die es gibt uns eine neue Überraschung.“
In ihrer neuen Studie, die durch das US-Büro der Marineforschung gestützt wurde, studierten sie nicht die G.-metallireducens Belastung direkt. Stattdessen nahmen sie das Gen für das Protein, das in Mikrobennanodrähte von ihm zusammenbaut und dieses in G.-sulfurreducens einfügte. Das Ergebnis ist ein genetisch geänderte G.-sulfurreducens, das das G.-metallireducens Protein ausdrückt und macht Nanodrähte viel leitfähiger, als G.-sulfurreducens natürlich produzieren würden.
Weiter sagt Lovley, „wir haben gefunden, dass G.-sulfurreducens Fadengene von vielen verschiedenen Arten Bakterien ausdrücken. Dieses macht es einfach, eine Vielfalt von Fäden im gleichen Mikroorganismus zu produzieren und ihre Eigenschaften unter ähnlichen Bedingungen zu studieren.“
Die hohe Leitfähigkeit der G.-metallireducens Nanodrähte schlägt vor, dass sie möglicherweise ein attraktives Material für den Bau von leitfähigen Materialien, von elektronischen Geräten und von Sensoren für die medizinischen oder Klimaanwendungen sind. Die Autoren sagen, dass mehr über die Mechanismen der Nanodrahtleitfähigkeit entdeckend „wichtigen Einblick zur Verfügung stellt in, wie wir möglicherweise sogar bessere Drähte mit Genen machten, denen wir uns entwerfen.“
Zusammenfassung des Ausdrückens der Geobacter-metallireducens PilA in Geobacter-sulfurreducens erbringt Pili mit außergewöhnlicher Leitfähigkeit
Das elektrisch leitfähige pili (e-pili) von Geobacter-sulfurreducens Aufschlag als Modell für eine neue Strategie für weit reichende extrazellulare Elektronübertragung. e-pili sind auch eine neue Klasse bioelectronic Materialien. Jedoch studierte das einzige anderes Geobacter-pili vorher, die von G.-uraniireducens waren, waren schlecht leitfähig. Um mehr Informationen über die Strecke pili Leitfähigkeiten in Geobacter-Spezies einzuholen, wurden das pili von G.-metallireducens nachgeforscht. Heterologously, welches das PilA-Gen von G.-metallireducens in G.-sulfurreducens ausdrückt, erbrachte eine G.-sulfurreducens Belastung, gekennzeichnet Belastung Parlamentarier, die produzierte reichliches pili. Belastung Parlamentarier wies die Phänotypen auf, die mit dem Vorhandensein von e-pili, wie hoher Rate von F.E. in Einklang sind (III) Oxidreduzierung und hohe spezifische Stromdichten auf Graphitanoden. Das einzelne pili, das bei physiologisch relevantem pH 7 vorbereitet wurde, hatte Leitfähigkeiten von 277 ± 18,9 S/cm (Mittel-± Standardabweichung), das die Falte 5.000 ist, die von G.-sulfurreducens pili an Millionfalte pH 7 und fast 1 höher als die Leitfähigkeit ist, die von G.-uraniireducens pili an der gleichen Ph. höher als die Leitfähigkeit ist. Eine mögliche Erklärung für die höhere Leitfähigkeit des G.-metallireducens pili ist ihre größere Dichte von aromatischen Aminosäuren, die bekannt, um wichtige Komponenten im Elektronentransport entlang der Länge des pilus zu sein. Das G.-metallireducens pili, das in hohem Grade leitfähige pili darzustellen fand bis jetzt und schlägt Strategien für das Entwerfen des synthetischen pili mit sogar höheren Leitfähigkeiten vor.