【大纪元2011年08月14日讯】(大纪元记者林哲华编译报导)麻州大学阿默斯特分校的专家发现,由硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)产生的奈米线能让电子“长距离传导”,其生物膜可成为低成本又环保的奈米导电材料。
微生物学家洛维利(Derek Lovley)和物理学家托敏能(Mark Tuominen)、马凡卡(Nikhil Malvankar)等人发现,硫还原地杆菌菌丝构成的网路聚集了数十亿细胞的生物膜,如同一个超大型电路网,能沿着微生物奈米线传导电子,距离可达细菌长度的数千倍,这种生物材料的导电性能可比拟常用在电子工业的合成导电聚合物。
这项发现基本上改变了人们对生物膜的了解,这种含蛋白质的生物膜行为就像金属一样,可以将电子传到很远的距离。现在能研究一系列无毒、低成本、容易制造的奈生物米材料,使电子产品能在潮湿的环境或水中使用,并在能源应用上创造更多的可能性。
过去认为像金属般的导电需要一系列其他蛋白质,例如细胞色素(cytochrome)参与的机制,电子在细胞色素间短距离移动,而这种长距离的传导却不需要细胞色素,地杆菌属(Geobacter)的菌丝就像电线一样。在自然界中,地杆菌属利用生物奈米线将电子传到土壤中的氧化铁,就像人的呼吸,地杆菌属透过一根10公里长的呼吸管呼吸。
目前的电池受限于电极表面积的尺寸。要产生更大的充电量,就需要更大的电池。但微观细菌具有数量巨大的表面积,可以利用来增加发电量。因此,生物技师可以利用这项技术,制造比化学电池更强大的生物电池。
研究人员表示,地杆菌属的自然特性,可使科学家藉由改变温度来运用其导电力,做为可控制开关的生物电晶体,这种生物材料不但不会造成环境污染,也比人造的价格便宜。现今许多奈米材料因为需要稀有元素而成本高,无法普及,而地杆菌属的生物膜是很好的天然代替品,搭起了固态电子和生物系统间的桥梁,它的生物相容性前所未见。
这项发现刊于8月7日线上版的《自然奈米技术》杂志上。