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研究申明细菌丝网具备导电性,新资料含生物和

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研究申明细菌丝网具备导电性,新资料含生物和

研究证实细菌丝网具有导电性 据美国物理学家组织网8月8日报道,美国科学家表示,他们首次发现,硫还原泥土杆菌体内的微生物纳米线能长距离地传导电子。最新发现有望彻底改变纳米技术和生物电子学,让科学家研制出更便宜且无毒的纳米材料,以便制造生物传感器和能与生物系统相互作用的固体电子设备。领导该研究的马萨诸塞大学阿默斯特分校的微生物学家德里克洛维利、物理学家马克托米勒在8月7日出版的《自然纳米技术》杂志在线版上撰文指出,穿越这种杆菌生物膜的菌丝网由数十亿个细胞内聚而成,这些丝网让其生物膜具有了与广泛应用于电子工业的人造导电聚合物相媲美的导电性,电子可在其上传导,传导的距离可为细菌体长的几千倍。科学家们称,这是他们首次观察到电荷沿着蛋白微丝传导,以前,科学家们认为,这样的传导需要细胞色素蛋白质的参与,细胞色素让电子进行短距离旅行。而最新研究证明,即便没有细胞色素,电子也能进行长途旅行,这种细菌的蛋白微丝就像真正的金属导线一样。洛维利表示:蛋白微丝能采用这种方式导电是生物学领域的一次范式改变,其对于我们理解自然的微生物过程以及其对环境治理和可再生能源的研发非常重要。2005年,该团队在《自然》杂志撰文指出,硫还原泥土杆菌的纳米线可能代表了生物学领域一个基本的新特性,其能通过纳米线将电子运送到体内的氧化铁,但他们没有给出其具体的运作机制。现在,在实验室中,科学家们用电极取代了氧化铁,结果发现,该细菌产生了厚的、带电的导电生物膜。科学家们使用不同的菌株进行研究后发现,生物膜内的导电性可能归功于贯穿于生物膜的纳米线网络。托米勒指出,人造纳米线的属性可以通过改变其周围的环境来改变,而这种细菌采用的天然方法使科学家能通过简单地改变温度或调制基因表达制造新菌株来操纵导电性。引入第三个电极能使生物膜像生物晶体管一样,通过施加电压使其关闭或打开,其或许能填补固态电子学和生物系统之间的鸿沟,让我们制造出新的生物兼容材料。科学家们指出,最新发现有望启发人们找到更多天然无毒的新导电纳米材料,其比人造材料更容易制造而且成本更低。未来,我们甚至可以制造出在水中和潮湿环境中使用的电子设备。更多阅读《自然纳米技术》发表论文摘要

新材料含生物和非生物成分 生物膜、贝壳、骨骼组织等天然生物系统,能根据环境信号形成多功能、多尺度的生物与非生物成分集合体,比如骨骼,就是由矿物质、活细胞及其他物质组成的矩阵。3月23日出版的《自然材料》杂志介绍了美国麻省理工大学工程师的最新成果,他们受这些天然材料的启发,合成出包含生物成分和非生物成分的活性生物材料。其中的活细胞能对环境起反应,产生复杂的生物分子,非生物材料能导电或发光。据物理学家组织网报道,研究人员通过给细胞编程,诱骗细菌细胞产生生物膜,这种生物膜能和金纳米粒子、量子点结合在一起。实验所用的细菌是大肠杆菌。这种细菌能产生生物膜,生物膜中含有一种叫做螺旋纤维的淀粉蛋白,帮大肠杆菌附着在物体表面。每根淀粉纤维都是由相同的亚单位CsgA不断重复构成的蛋白链,CsgA上还可以附加肽,这些肽能捕捉非生物材料,如金纳米粒子。研究人员利用诱导基因线路和细胞通讯线路,让细菌能在特定条件下产生不同类型的螺旋纤维,控制生物膜的性质,造出金纳米线、传导生物膜、量子点生物膜、具有量子力学性质的微晶体等。他们先让细菌细胞丧失自然产生CsgA的能力,然后用一种只能在特定条件下,比如在有AHL分子的条件下,才能产生CsgA的转基因线路来代替,这样调节细胞环境中的AHL数量就能控制螺旋纤维的产生。然后,他们改变大肠杆菌细胞,让它们能在有aTc分子时产生附加了肽的CsgA,这些肽构成了组氨酸。这两种转基因细胞能在一个群体中生长,改变AHL和aTc数量,就能控制生物膜的组成成分。两种分子同时存在时,生物膜中包含了加组氨酸和不加组氨酸的CsgA链两种成分。如果加入金纳米粒子,附加组氨酸就能抓住它们,形成一行行的金纳米线和能导电的网络。要在螺旋纤维中添加量子点,研究人员会改变细胞,让它们能产生附有SpyTag的螺旋纤维,而在量子点上涂一层SpyCatcher,它们就会结合在一起。这些细胞还能和产生组氨酸纤维的细菌一起生长,这样材料中就能同时含有量子点和金纳米粒子。研究人员指出,目前这种活材料只是简单示范。它们在未来能源领域有着广泛应用,如蓄电池、太阳能电池,还能给生物膜涂上一层酶,催化分解纤维素,把农业废弃物转变为生物燃料,其他潜在应用还有诊疗设备、组织工程支架等。

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