2019-09-11 22:26:01
电缆细菌具有记录电导率的活电线

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来自安特卫普大学(比利时),代尔夫特理工大学(荷兰)和哈瑟尔特大学(比利时)的一组科学家报告了利用电力为自己供电并通过高导电电力线长距离输送电流的细菌。来自海底的厘米长的细菌含有导电纤维网络,其操作方式与用于输送电力的铜线相当。高导电纤维实现了生物学与电子学之间全新的界面,为新材料和新技术提供了前景。

细菌细菌是厘米长的微生物,由连续数千个细胞组成。 “这些多细胞细菌仅在几年前被发现,我们已经知道他们正在做一些特殊的事情,”团队负责人Filip Meysman教授(安特卫普大学)解释道。 “详细调查显示,电流必须穿过海底,所有数据都表明电缆细菌正在产生并传导这些电流。这种基于电的新陈代谢将使电缆具有巨大的优势,能够从更深的地方获取能量海底内的层。“虽然是一个诱人的想法,但没有直接的证据表明电缆细菌实际上是导电的。

生物学家,化学家和物理学家的多学科团队的新研究现在解决了这个谜团。科学家们发明了一种从海底中提取单根细丝的方法,并将这根细丝连接到一个带有微小电极的定制装置上。 “我们花了很大力气连接细菌,”代尔夫特理工大学的物理学家Herre van der Zant教授解释道。 “但是当我们最终成功时,结果令人费解。我们看到有一股大电流通过这种细细的电缆细菌。”

细菌电源线

然后,研究小组对他们处理细菌的程序进行了微调,并且在一个点上,能够显示长度超过1厘米的细丝。 “这将生物电子传输的已知长度范围扩大了几个数量级,并暗示有线细菌已经找到了一种在厘米级距离上有效传输电荷的机制,”Jean Manca教授(哈瑟尔特大学)说。

这一观察提出了另一个问题:细菌内部能够承受如此高电流的导电结构是什么?先进的显微镜检查显示,电缆细菌的细胞壁包含沿着细菌的整个长度延伸的平行纤维网络。 “我们发明了一种化学洗车程序,可以顺序去除细胞材料,最终只留下纤维结构,”团队负责人Meysman解释道。

“当我们把它放到我们的电极设置上时,我们再次看到高电流,证明细胞壁中的纤维网络实际上是导电结构,”De Wael教授(安特卫普大学)说,他负责该项目的电化学分析。

电测量显示,光纤在每单位横截面积上保持极高的电流,这很容易与在家用电器的铜线中通过的电流密度相比较。更令人兴奋的是,纤维的导电性异常高,值超过20 S cm-1。作为参考,该导电性可与柔性太阳能电池板或可折叠电话中使用的最先进的导电聚合物材料相媲美。 “当我们的乐器展示出这些高数字时,我们感到非常惊讶,”Meysman说。 “不知何故,生物进化发明了一种具有非凡电性能的结构。”

细菌智能手机

在电缆细菌中发现高导电性纤维是显着的,因为所有已知的生物材料(如蛋白质,碳水化合物,脂质和核酸)在电传导方面极差。因此,导电纤维为新的功能材料和技术提供了巨大的机会,因为具有优异电性能的生物基材料的前景可能使材料科学和电子学远远超出其当前的限制。

“在电子工程中使用生物材料是一个活跃的研究领域,例如,实现可生物降解的电子产品,可以减少电子废物的问题,并允许更环保的消费电子产品。或者它们可以应用于医疗保健,其中植入式诊断和治疗设备可以在一定的时间范围内起作用,然后通过身体的再吸收消失,“Meysman解释说。 “也许在几年内,我们将配备医疗植入物或智能手机,配备细菌来源的微小导线。”

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