Metallatmende Bakterien könnten Elektronik, Biosensoren und mehr verändern

TROY, NY – Wenn das Shewanella oneidensis-Bakterium bestimmte Metall- und Schwefelverbindungen anaerob “einatmet”, wie ein aerober Organismus Sauerstoff verarbeiten würde, produziert es Materialien, die zur Verbesserung der Elektronik, der elektrochemischen Energiespeicherung und der Arzneimittelabgabe verwendet werden könnten .

Die Fähigkeit dieses Bakteriums, Molybdändisulfid zu produzieren – ein Material, das wie Graphen leicht Elektronen übertragen kann – steht im Mittelpunkt der in veröffentlichten Veröffentlichungen Biointerphasen von einem Team von Ingenieuren des Rensselaer Polytechnic Institute.

“Dies hat ein ernstes Potenzial, wenn wir diesen Prozess verstehen und Aspekte der Herstellung dieser und anderer Materialien durch die Bakterien kontrollieren können”, sagte Shayla Sawyer, Associate Professor für Elektro-, Computer- und Systemtechnik bei Rensselaer.

Die Forschung wurde von James Rees geleitet, der derzeit in enger Partnerschaft und mit Unterstützung des Jefferson-Projekts am Lake George ein Postdoktorand der Sawyer-Gruppe ist – eine Zusammenarbeit zwischen Rensselaer, IBM Research und The FUND for Lake George ist Vorreiter bei einem neuen Modell für die Überwachung und Vorhersage der Umwelt. Diese Forschung ist ein wichtiger Schritt zur Entwicklung einer neuen Generation von Nährstoffsensoren, die an Seen und anderen Gewässern eingesetzt werden können.

“Wir finden, dass Bakterien, die an bestimmte geochemische oder biochemische Umgebungen angepasst sind, in einigen Fällen sehr interessante und neuartige Materialien erzeugen können”, sagte Rees. “Wir versuchen, das in die Welt der Elektrotechnik zu bringen.”

Rees führte diese Pionierarbeit als Doktorand durch, gemeinsam beraten von Sawyer und Yuri Gorby, dem dritten Autor dieses Papiers. Im Vergleich zu anderen anaeroben Bakterien ist Shewanella oneidensis besonders ungewöhnlich und interessant, da sie Nanodrähte erzeugt, die Elektronen übertragen können.

“Das eignet sich für den Anschluss an bereits hergestellte elektronische Geräte”, sagte Sawyer. “Es ist also die Schnittstelle zwischen der lebenden Welt und der vom Menschen geschaffenen Welt, die fasziniert.”

Sawyer und Rees fanden auch heraus, dass bakterielle Biofilme, da ihre elektronischen Signaturen kartiert und überwacht werden können, auch als wirksamer Nährstoffsensor fungieren können, der Forschern des Jefferson-Projekts wichtige Informationen über die Gesundheit eines aquatischen Ökosystems wie Lake George liefern kann.

“Diese bahnbrechende Arbeit mit bakteriellen Biofilmen stellt das Potenzial für eine aufregende neue Generation von ‘lebenden Sensoren’ dar, die unsere Fähigkeit, überschüssige Nährstoffe in Gewässern in Echtzeit zu erkennen, vollständig verändern würde. Dies ist entscheidend für das Verständnis und die Minderung schädlicher Algenblüten und andere wichtige Fragen der Wasserqualität auf der ganzen Welt “, sagte Rick Relyea, Direktor des Jefferson-Projekts.

Sawyer und Rees planen, weiter zu erforschen, wie dieses Bakterium optimal entwickelt werden kann, um seine vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zu nutzen.

“Wir bekommen manchmal die Frage bei der Forschung: Warum Bakterien? Oder warum Mikrobiologie in die Materialwissenschaften bringen?” Sagte Rees. “Die Biologie hat so lange versucht, Materialien durch Versuch und Irrtum zu erfinden. Die von menschlichen Wissenschaftlern erfundenen Verbundwerkstoffe und neuartigen Strukturen sind im Vergleich zu dem, was die Biologie konnte, fast ein Tropfen auf den heißen Stein.”

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Über das Rensselaer Polytechnic Institute

Das Rensselaer Polytechnic Institute wurde 1824 gegründet und ist Amerikas erste Universität für technologische Forschung. Rensselaer umfasst fünf Schulen, 32 Forschungszentren, mehr als 145 akademische Programme und eine dynamische Gemeinschaft mit mehr als 7.900 Schülern und über 100.000 lebenden Alumni. Zu den Fakultäten und Alumni von Rensselaer gehören mehr als 145 Mitglieder der National Academy, sechs Mitglieder der National Inventors Hall of Fame, sechs Gewinner der National Medal of Technology, fünf Gewinner der National Medal of Science und ein Nobelpreisträger für Physik. Mit fast 200 Jahren Erfahrung in der Weiterentwicklung wissenschaftlicher und technologischer Kenntnisse konzentriert sich Rensselaer weiterhin darauf, globale Herausforderungen mit einem Geist des Einfallsreichtums und der Zusammenarbeit anzugehen. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie bitte http: // www.rpi.edu.

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