微生物的导电功能再获力证

十年前,马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的微生物学家德里克·莱吾利和他的同事曾提出,一种名为“地杆菌属(Geobacter)”的微生物能够产生细微的电流导线(即微生物纳米导线),但这一科学假设长期以来陷入争论和质疑之中。现在,新的成像技术为该假设提供了比以往任何时候都强的证据。

莱吾利团队在最新一期的《自然—纳米科技》杂志上报告称,他们用静电驱动显微镜(EFM)证明,电荷确实会沿着微生物的纳米导线蔓延,正如电子能在高导电性人工材料碳纳米管中流动一样。

EFM是用来展示电子如何在材料中运动的。马塞诸塞大学物理学家尼克希尔·马尔万科、斯贝尔·爱贝瑞·耀歆和马克·托米尼与莱吾利合作得出了这一发现。“当我们将电子注入到微生物纳米线的一个点,整个灯丝被点燃了,因为电子沿着纳米导线在传播和蔓延。”马尔万科说。

现在在太平洋西北国家实验室工作的耀歆补充说:“这种现象与你在碳纳米管或者其他高导电性纳米合成材料中看到的相同,连电荷的密度都可以与之媲美。这是EFM成像技术第一次应用在生物蛋白质学科上。”

据介绍,地杆菌属纳米导线是一种蛋白质丝状物,它能够像金属状复合物导线一样传递电子,但这个假设始终受到质疑。“这种物质的导电性在不同的温度和酸碱度的变化中都能被清晰地看到,但是仍然有很多生物学家对此表示质疑。”据物理学家组织网10月20日(北京时间)报道,为了增加对假设的支持,莱吾利的实验室调整了纳米导线的结构,移除了芳香族氨基酸,反而受到了更多的质疑。但是EFM最终不负众望,提供了关键证据。

莱吾利说:“纳米导线能让地杆菌属在土地中的钢铁或其他材料中生存,能极大地改变土壤的化学组成,在环境净化中扮演非常重要的角色。纳米导线是地杆菌属微生物的关键组成部分,这种微生物在适应微生物传感器和生物计算机设备中,具有与众不同的能力。”

托米尼说:“这个发现为蛋白质层面的纳米电子学提供了全新的发展机会。”

莱吾利和同事的微生物纳米导线,是一种潜在的绿色电子部件,用全新的无毒材料制成。目前正在开发的一个应用是,将地杆菌属微生物放到电导体中来探测环境污染物。另一个则是研发基于这种微生物的微生物计算机。(来源:科技日报 房琳琳)