Forschern der University of New South Wales (UNSW) in Australien ist es gelungen, die von Bakterien produzierten Proteinfilamente so zu manipulieren, dass sie Strom leiten und ihn sogar mithilfe der Luftfeuchtigkeit nutzen können .
Diese interdisziplinäre Forschung, die Protein-Engineering und Nanoelektronik umfasst, könnte Wissenschaftlern eines Tages dabei helfen, „grüne Elektronik“ zu entwickeln“, heißt es in einer Pressemitteilung der Universität . Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Small veröffentlicht.
Moderne Elektronik, die allgegenwärtig ist, wird mit energieintensiven Prozessen und extrem giftigen Komponenten hergestellt. Diese sind notwendig, um die Bewegung von Elektronen innerhalb des Geräts zu erleichtern und Arbeiten auszuführen.
Andererseits erfordern verschiedene Ereignisse in der Natur auch die Bewegung von Elektronen. Beispielsweise transportiert Chlorophyll im Photosyntheseprozess, den Pflanzen zur Herstellung ihrer Nahrung nutzen, Elektronen durch verschiedene Proteinmoleküle. Bakteriensysteme übertragen Elektronen auch über Membranen, indem sie leitende Filamente, sogenannte Nanodrähte, verwenden.
Integration von Heam in die Struktur von Bakterien
Bakterielle Nanodrahttechnik
Bakterielle Nanodrähte können Elektrizität leiten und möglicherweise zum Entwurf von Sensorsystemen verwendet werden. Allerdings sind diese Nanodrähte nach der Ernte durch Bakterien schwer zu modifizieren und haben daher eine eingeschränkte Funktionalität.
„Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben wir mithilfe des E. coli-Bakteriums eine Faser gentechnisch verändert“, sagt Lorenzo Travaglini, ein Postdoktorand an der UNSW, der an der Arbeit beteiligt war.
„Wir haben die DNA von E. coli so verändert, dass das Bakterium nicht nur die Proteine produzierte, die es zum Überleben brauchte, sondern auch das spezifische Protein aufbaute, das wir entworfen hatten, das wir dann im Labor konstruiert und zu Nanodrähten zusammengesetzt haben“, erklärte er Travaglini die Pressemitteilung.
Interessanterweise handelt es sich bei diesem zusätzlichen Molekül, das die Nanodrähte hochleitfähig macht, um Häm, eine kreisförmige Struktur auf Eisenbasis, die häufig im Blut von Tieren vorkommt und zum Transport von Sauerstoff zu verschiedenen Teilen des Körpers verwendet wird. Häm ist ein im Hämoglobin vorhandenes Molekül
Strom aus der Luft erzeugen
Das UNSW-Team befasste sich intensiv mit der Erforschung bakterieller Nanodrähte und zeigte, dass Hämatitmoleküle, wenn sie eng beieinander angeordnet sind, auch einen Elektronentransfer durchführen können. Travaglini und sein Team integrierten Hämatit in ihre konstruierten Filamente und hofften, dass Elektronen zwischen Hämatitmolekülen springen würden, wenn sie nahe genug beieinander platziert würden.
Durch die Messung der Leitfähigkeit der Filamente in Gegenwart und Abwesenheit von Häm-Molekülen bestätigten die Forscher, dass das eisenbasierte Molekül das Protein leitfähig machte.
Bei umfangreichen Tests stellten die Forscher fest, dass der elektrische Strom bei Umgebungsbedingungen zwischen 20 und 30 Prozent Luftfeuchtigkeit am stärksten war.
Als die Tests mit zunehmenden Mengen leitfähigen Materials zwischen den Elektroden wiederholt wurden, bestätigten die Forscher, dass Feuchtigkeit einen Ladungsgradienten über das Material erzeugte und zusätzlichen Strom erzeugte, ohne zusätzliches Potenzial anzulegen.
Anschließend entwickelten die Forscher einen Feuchtigkeitssensor, der einen elektrischen Strom erzeugte, wenn ein Luftstrom über die Bakterien strömte, sogar durch einen Atemzug.
Das Team erforscht nun, wie die Eigenschaften ihrer Proteine durch Veränderung der Struktur des Hämatoms oder der Umgebung des Filaments angepasst werden können. In einem Experiment nutzen Forscher lichtempfindliche Moleküle, um die Übertragung von Elektronen zu erleichtern.
Travaglini betonte, dass sich die Forschung noch in einem frühen Stadium befinde und es einige Zeit dauern werde, bis sie Teil der Alltagselektronik werde.
„Es ist wirklich eine Frage der praktischen Anwendung“, fügte er in der Pressemitteilung hinzu. „Wir wissen nicht genau, wie lange es dauern wird, aber wir sehen, dass wir in die richtige Richtung gehen.“
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Der Artikel „Bakterien manipuliert, um Strom zu leiten und zu produzieren: eine Entdeckung aus Australien“ stammt von Economic Scenarios .
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Tue, 07 May 2024 12:53:15 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/batteri-ingegnerizzati-per-condurre-e-produrre-energia-elettrica-una-scoperata-dallaustralia/ veröffentlicht wurde.