Es werden ständige Anstrengungen unternommen, bessere und langlebigere Alternativen für nicht erneuerbare Ressourcen zu entwickeln. Forscher der UNSW entwickelten kürzlich in einer neuen Studie grüne Elektronik mit Bakterien-Nanodrähten. Sie modifizierten von Bakterien produzierte Proteinfilamente, um ihnen die Stromleitung zu ermöglichen. Sie zeigten, dass diese modifizierten Protein-Nanodrähte mithilfe der Luftfeuchtigkeit Strom über kurze Distanzen leiten können.
Dr. Lorenzo Travaglini , Hauptautor der Studie, sagte: „Unsere Ergebnisse eröffnen Möglichkeiten zur Entwicklung nachhaltiger und umweltfreundlicher elektrischer Komponenten und Geräte auf Proteinbasis.“ Er fügte hinzu: „Diese künstlich hergestellten Nanodrähte könnten eines Tages zu Innovationen in den Bereichen Energiegewinnung, biomedizinische Anwendungen und Umweltsensorik führen.“
Diese Entwicklungen im interdisziplinären Feld, das Protein-Engineering und Nanoelektronik vereint, bergen gewisse Versprechen. Sie können zur Entwicklung fortschrittlicher Technologien beitragen, die biologische Systeme mit elektronischen Geräten verbinden.
Dr. Travaglini, der im SYNbioLAB der Fakultät für Biotechnologie und Biomolekularwissenschaften unter der Leitung von Dr. Dominic Glover arbeitet, erklärte zu diesen Entwicklungen : „Unser Ziel ist es letztendlich, die von Bakterien produzierten Materialien so zu modifizieren, dass sie elektronische Bauteile herstellen können. Dies könnte zu einer völlig neuen Ära der umweltfreundlichen Elektronik führen und dazu beitragen, eine nachhaltigere Zukunft zu gestalten.“
Ursprünglich wollten sowohl Dr. Travaglini als auch Dr. Glover ein natürliches Material in einen leitfähigen Draht umwandeln. Doch sie stießen auf etwas Unerwartetes.
Dr. Travaglini sagte dazu: „Wir stellten fest, dass der elektrische Strom unter sogenannten ‚Umgebungsbedingungen‘, also bei einer Luftfeuchtigkeit zwischen 20 und 30 Prozent, stärker war.“
Natürliche Inspiration
Natürlich vorkommende Bakterien nutzen ihre leitfähigen Filamente oder Nanodrähte, um Elektronen durch ihre Membranen zu transportieren. Diese speziellen Filamente können mit lebenden Zellen in Kontakt treten. Sie könnten sich in Biosensoren als sehr nützlich erweisen, um Signale im Körper mithilfe einer Mensch-Maschine-Schnittstelle zu erfassen.
Werden die natürlichen Nanodrähte jedoch direkt aus Bakterien gewonnen, lassen sie sich nur schwer modifizieren, was ihre Funktionalität einschränkt. Dem Forscherteam fiel auf, dass das von den Bakterien produzierte Protein allein keine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt. Sie mussten ein bestimmtes Molekül hinzufügen: ein Häm-Molekül . Dies erwies sich als das fehlende Puzzleteil.
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Luftfeuchtigkeit zur Energiegewinnung nutzen
Häm ähnelt einem winzigen Kreis mit einem Eisenatom in der Mitte. Diese ringförmige Struktur, auch Porphyrinring genannt, transportiert Sauerstoff in den roten Blutkörperchen von der Lunge zu anderen Körperteilen.
- Das Team analysierte, wie gut diese Filamente Strom leiteten. Um dies zu testen, Legen Sie das Material auf eine Elektrode und legen Sie ein elektrisches Potenzial an.
- Dann beschlossen sie, weitere Tests durchzuführen. Sie jetzt Es wurden dickere Mengen des Materials zwischen zwei Goldelektroden verwendet.
- Nachdem sie erkannt hatten, dass der Glühfaden auf Feuchtigkeit reagierte, entwickelten sie einen einfachen Feuchtigkeitssensor.
- Durch einfaches Einatmen in das Gerät können sie Messen Sie, wie sich der Strom mit der Luftfeuchtigkeit ändert.
„Wir haben festgestellt, dass jeder Peak in der Leitfähigkeit der Faser einem Ausatmen entspricht“, fügte Dr. Travaglini hinzu.
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Zahlreiche Zukunftsmöglichkeiten
Forscher der UNSW entwickeln grüne Elektronik mit Bakterien-Nanodrähten. Dies könnte den Weg für die Herstellung elektrischer Geräte aus umweltfreundlichen und sicheren Materialien ebnen , die einen extrem niedrigen Stromverbrauch haben.
Durch die Veränderung der chemischen Struktur des Häms oder der Umgebung des Filaments lassen sich die Eigenschaften dieser Proteingruppen anpassen. Das Wissenschaftlerteam testet derzeit verschiedene Porphyrinmoleküle, um die Materialeigenschaften, beispielsweise die Lichtempfindlichkeit, zu verändern. „Diese Präzision ist mit natürlichen bakteriellen Nanodrähten schwer zu erreichen, was die Vielseitigkeit und das Potenzial unseres synthetischen Ansatzes unterstreicht“, kommentierte Dr. Travaglini.
Dr. Travaglini betont, dass sich sein Team noch in der frühen Phase seiner Forschung befindet. Er deutet an, dass es noch einige Zeit dauern wird, bis diese künstlich hergestellten Filamente in unserer alltäglichen Elektronik Anwendung finden.
