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, der Hauptautor des Papiers, sagte: „Unsere Erkenntnisse eröffnen Möglichkeiten für die Entwicklung nachhaltiger und umweltfreundlicher elektrischer Komponenten und Geräte auf Proteinbasis.“ Er fügte hinzu: „Diese künstlich hergestellten Nanodrähte könnten eines Tages zu Innovationen in der Energiegewinnung, in biomedizinischen Anwendungen und in der Umweltsensorik führen.“
Diese Entwicklungen im interdisziplinären Bereich, die kombiniert Protein-Engineering und Nanoelektronik versprechen gewisse Vorteile. Sie können zur Entwicklung innovativer Technologien beitragen, die biologische Systeme mit elektronischen Geräten verbinden.
Über diese Entwicklungen spricht Dr. Travaglini, der von Dr. Dominic Glover im SYNbioLAB der School of Biotechnology and Biomolecular Sciences, vermittelt, „Unser Ziel ist es letztlich, die von Bakterien produzierten Materialien zu modifizieren, um daraus elektronische Bauteile herzustellen. Dies könnte eine völlig neue Ära der grünen Elektronik einleiten und zu einer nachhaltigeren Zukunft beitragen.“
Ursprünglich wollten sowohl Dr. Travaglini als auch Dr. Glover ein natürliches Material in einen leitfähigen Draht umwandeln. Doch sie stießen auf etwas Unerwartetes.
Hierzu sagte Dr. Travaglini: „Uns fiel auf, dass unter sogenannten ‚Umgebungsbedingungen‘, also bei einer Luftfeuchtigkeit zwischen 20 und 30 Prozent, der elektrische Strom stärker war.“
Natürliche Inspiration
Die natürlich vorkommenden Bakterien machen auch Verwendung ihrer leitfähigen Filamente oder Nanodrähte zur Bewegung von Elektronen durch ihre Membranen. Diese speziellen Filamente können sich mit lebenden Zellen verbinden. Sie können in Biosensoren sehr nützlich sein, um Signale im Körper über eine Mensch-Maschine-Verbindung zu verfolgen.
Bei der direkten Extraktion aus Bakterien ist es jedoch schwierig, diese natürlichen Nanodrähte zu modifizieren, was ihre Funktionalität einschränkt. Das Forscherteam stellte fest, dass das von den Bakterien produzierte Protein allein den Strom nicht gut leiten würde. Sie müssen einen bestimmten Bestandteil enthalten, nämlich ein HämmolekülEs stellte sich heraus, dass es das fehlende Teil dieses Puzzles war.
Hier kommt der Bakterien, die den Planeten vor dem immer größer werdenden Plastikproblem retten können.
Luftfeuchtigkeit zur Energiegewinnung nutzen
Häm ist wie ein winziger Kreis mit einem Eisenatom in der Mitte. Diese kreisförmige Struktur, auch Porphyrinring genannt, hilft dabei, Sauerstoff in den roten Blutkörperchen von der Lunge zu anderen Körperteilen zu transportieren.
- 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 stellten fest, dass jeder Peak in der Leitfähigkeit der Faser einem Ausatmen entsprach“, Dr. Travaglini fügte hinzu.
Finden Sie heraus, wie es geht Gentechnisch veränderte Bakterien spielen eine Schlüsselrolle bei der Mineralrückgewinnung aus gebrauchten Elektrofahrzeugbatterien.
Zahlreiche Zukunftsmöglichkeiten
UNSW-Forscher entwickeln grüne Elektronik mit Bakterien-Nanodrähten und dies könnte den Weg ebnen für die Herstellung von Elektrogeräten aus umweltfreundlichen und sicheren Materialien, was einen extrem geringen Stromverbrauch erfordert.
Durch Veränderung der chemischen Struktur des Häms oder der Umgebung des Filaments kann die Eigenschaften dieser Proteingruppen können angepasst werden. Die Wissenschaftler des Teams probieren derzeit verschiedene Porphyrinmoleküle aus, um die Eigenschaften des Materials zu verändern, beispielsweise die Lichtempfindlichkeit. „Dieses Maß an Kontrolle ist mit natürlichen bakteriellen Nanodrähten nur schwer zu erreichen, was die Vielseitigkeit und das Potenzial unseres synthetischen Ansatzes unterstreicht“, kommentierte Dr. Travaglini.
Dr. Travaglini betont, dass Sein Team befindet sich noch in der Anfangsphase seiner Forschung. Er meint, dass es noch einige Zeit dauern wird, bis sie die Implementierung dieser technischen Glühfäden in unserer alltäglichen Elektronik miterleben können.
