Ученые из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали систему, состоящую из способных продуцировать электроны бактерий (Shewanella oneidensis) и нанокомпозитного заполнителя, который служит для них средой обитания и проводит электрический ток.
Результаты исследований опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Shewanella oneidensis относятся к экзоэлектрогенным бактериям – анаэробным организмам, способным вести жизнедеятельность в безвоздушной среде. Они могут выделять электроны и выводить их за пределы своих клеток.
Идея использования микробных топливных элементов существует уже давно, однако их эффективность ограничивается сложностью обустройства оптимальной среды для взаимодействия бактерий и электродов. Материалы, ранее предлагавшиеся в качестве заполнителя, либо не могли поддерживать жизнедеятельность микроорганизмов, либо характеризовались низкой электропроводностью.
Команде под руководством профессора Кристофа М. Нимейера удалось решить эту проблему, получив нанокомпозитный материал, который обеспечивает среду для размножения бактерий и хорошо проводит ток. Он представляет собой пористый гидрогель, состоящий из углеродных нанотрубок и частиц оксида кремния, связанных нитями ДНК. В него добавили колонии бактерий и жидкую питательную среду. В итоге удалось получить стабильную биотехнологическую систему, в которой смогли размножаться экзоэлектрогенные микроорганизмы.
В рамках экспериментов был установлен рост интенсивности потока электронов при увеличении числа бактерий. Система оставалась стабильной в течение нескольких дней, демонстрируя электрохимическую активность, которая подтвердила электропроводящие свойства материала. Для того чтобы можно было ограничить силу тока, ученые ввели в систему разрушающий нити ДНК фермент. В результате композитный материал утратил связность.
По словам Кристофа М. Нимейера, его команда впервые в научном мире получила и описала функциональный биогибридный материал, сфера применения которого простирается далеко за пределы топливных ячеек, микробных биосенсоров и биореакторов.
