細菌可生產「 能導電」的微生物奈米線

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【大紀元2011年08月14日訊】(大紀元記者林哲華編譯報導)麻州大學阿默斯特分校的專家發現,由硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)產生的奈米線能讓子「長距離傳導」,其生物膜可成為低成本又環保的奈米導電材料。

微生物學家洛維利(Derek Lovley)和物理學家托敏能(Mark Tuominen)、馬凡卡(Nikhil Malvankar)等人發現,硫還原地桿菌菌絲構成的網路聚集了數十億細胞的生物膜,如同一個超大型路網,能沿著微生物奈米線傳導電子,距離可達細菌長度的數千倍,這種生物材料的導電性能可比擬常用在電子工業的合成導電聚合物。

這項發現基本上改變了人們對生物膜的瞭解,這種含蛋白質的生物膜行為就像金屬一樣,可以將電子傳到很遠的距離。現在能研究一系列無毒、低成本、容易製造的奈生物米材料,使電子產品能在潮濕的環境或水中使用,並在能源應用上創造更多的可能性。

過去認為像金屬般的導電需要一系列其他蛋白質,例如細胞色素(cytochrome)參與的機制,電子在細胞色素間短距離移動,而這種長距離的傳導卻不需要細胞色素,地桿菌屬(Geobacter)的菌絲就像電線一樣。在自然界中,地桿菌屬利用生物奈米線將電子傳到土壤中的氧化鐵,就像人的呼吸,地桿菌屬透過一根10公里長的呼吸管呼吸。

目前的電池受限於電極表面積的尺寸。要產生更大的充電量,就需要更大的電池。但微觀細菌具有數量巨大的表面積,可以利用來增加發電量。因此,生物技師可以利用這項技術,製造比化學電池更強大的生物電池。

研究人員表示,地桿菌屬的自然特性,可使科學家藉由改變溫度來運用其導電力,做為可控制開關的生物電晶體,這種生物材料不但不會造成環境汙染,也比人造的價格便宜。現今許多奈米材料因為需要稀有元素而成本高,無法普及,而地桿菌屬的生物膜是很好的天然代替品,搭起了固態電子和生物系統間的橋梁,它的生物相容性前所未見。

這項發現刊於8月7日線上版的《自然奈米技術》雜誌上。

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