轉(zhuǎn)基因土壤細(xì)菌可用作電線

由海軍研究辦公室(ONR)贊助的科學(xué)家已經(jīng)對一種常見的土壤細(xì)菌進(jìn)行了基因改造，以生產(chǎn)出不僅導(dǎo)電，而且比人類頭發(fā)細(xì)幾千倍的電線。

隨著電子設(shè)備越來越多地觸及人們生活的方方面面，對技術(shù)的需求也越來越大。這項(xiàng)技術(shù)比以往任何時(shí)候都更小、更快、更具移動(dòng)性和功能性。由于納米技術(shù)的進(jìn)步(在原子或分子尺度上操縱物質(zhì))，工業(yè)可以生產(chǎn)厚度僅為十億分之一米的材料。

由ONR贊助的研究人員——由馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校的微生物學(xué)家德里克洛維里博士領(lǐng)導(dǎo)——表示，他們的工程生產(chǎn)線可以用可再生的“綠色”能源生產(chǎn)，如太陽能、二氧化碳或植物廢料；由無毒的天然蛋白質(zhì)制成；并且避免了通常用于制造納米電子材料的苛刻的化學(xué)工藝。

ONR戰(zhàn)斗機(jī)性能部門的項(xiàng)目官員琳達(dá)克里西博士說：“像洛夫里博士這樣的研究可能會導(dǎo)致新電子材料的開發(fā)，以滿足對更小、更強(qiáng)大的計(jì)算設(shè)備日益增長的需求?！澳軌蛴每沙掷m(xù)材料生產(chǎn)極細(xì)的電線，作為傳感器、晶體管和電容器等電子器件的組件，具有巨大的潛在應(yīng)用。”

Lovley工作的核心是Geobacter，一種產(chǎn)生微生物納米線的細(xì)菌——從生物體中突出的毛發(fā)狀蛋白質(zhì)絲——使其能夠與支持其地下生長的氧化鐵形成電連接。雖然Geobacter天生攜帶的電足夠生存，但電流對人類來說太弱了，但用電極測量就足夠了。

Lovley的團(tuán)隊(duì)調(diào)整了細(xì)菌的基因組成，用色氨酸替換了電線中天然存在的兩種氨基酸——這被歸咎于(有些人說是錯(cuò)誤的)感恩節(jié)火雞太多導(dǎo)致的嗜睡。除了食物指控，色氨酸實(shí)際上非常擅長傳輸納米級電子。

“隨著我們對微生物納米線的工作原理了解得越來越多，我們意識到改進(jìn)大自然的設(shè)計(jì)是可能的，”可愛說?！拔覀冎匦屡帕辛税被幔圃斐鑫覀冋J(rèn)為可能更具導(dǎo)電性的合成納米線。我們希望Geobacter仍然可以形成納米線，并使其電導(dǎo)率翻倍?！?

這個(gè)結(jié)果超出了研究小組的預(yù)期，因?yàn)楹铣傻闹踩肷彼岬募{米線的電導(dǎo)率比天然納米線高2000倍。此外，它們更耐用、更小，直徑為1.5納米(比人類頭發(fā)細(xì)6萬倍)，這意味著數(shù)千條納米線可能存儲在最小的空間中。

Lovley和Chrisey都指出，隨著電子和計(jì)算設(shè)備尺寸的縮小，這些超微納米線具有許多潛在的應(yīng)用。例如，它們可以安裝在醫(yī)療傳感器中，對酸堿度變化的敏感性可以監(jiān)控心率或腎功能。

從角度來看，納米線可以為特殊設(shè)計(jì)的微生物提供電力，從而生產(chǎn)丁醇作為替代燃料。這在像阿富汗這樣的偏遠(yuǎn)地區(qū)尤其有用，那里的燃料車隊(duì)經(jīng)常遭到襲擊，向士兵運(yùn)送燃料每加侖要花費(fèi)數(shù)百美元。

Lovley納米線也可能在為高度敏感的微生物(可以放置在硅片上并附著在無人駕駛車輛上)提供檢測污染物、有毒化學(xué)品或爆炸物存在的能力方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

“這是在創(chuàng)造新電子材料的前沿令人興奮的時(shí)刻，”可愛說?！拔覀兛梢杂每沙掷m(xù)的可再生材料做到這一點(diǎn)，這使得它更有價(jià)值?！?

洛夫利的研究是ONR合成生物學(xué)研究的一部分，該研究創(chuàng)造或重新設(shè)計(jì)微生物或其他生物來執(zhí)行特定任務(wù)，如改善健康和身體表現(xiàn)。這個(gè)領(lǐng)域是ONR研究的重中之重，因?yàn)樗赡軐?zhàn)斗機(jī)性能和艦隊(duì)能力產(chǎn)生巨大影響。

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