據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)8月8日（北京時(shí)間）報(bào)道,，美國(guó)科學(xué)家表示,，他們首次發(fā)現(xiàn)，硫還原泥土桿菌體內(nèi)的微生物納米線(xiàn)（菌絲網(wǎng)）能長(zhǎng)距離地傳導(dǎo)電子,。最新發(fā)現(xiàn)有望徹底改變納米技術(shù)和生物電子學(xué),，讓科學(xué)家研制出更便宜且無(wú)毒的納米材料，以便制造生物傳感器和能與生物系統(tǒng)相互作用的固體電子設(shè)備,。
領(lǐng)導(dǎo)該研究的馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的微生物學(xué)家德里克·洛維利,、物理學(xué)家馬克·托米勒在8月7日出版的《自然—納米技術(shù)》雜志在線(xiàn)版上撰文指出，穿越這種桿菌生物膜的菌絲網(wǎng)由數(shù)十億個(gè)細(xì)胞內(nèi)聚而成,，這些絲網(wǎng)讓其生物膜具有了與廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)的人造導(dǎo)電聚合物相媲美的導(dǎo)電性,，電子可在其上傳導(dǎo)，傳導(dǎo)的距離可為細(xì)菌體長(zhǎng)的幾千倍,。
科學(xué)家們稱(chēng),，這是他們首次觀察到電荷沿著蛋白微絲傳導(dǎo)，以前,，科學(xué)家們認(rèn)為,，這樣的傳導(dǎo)需要細(xì)胞色素蛋白質(zhì)的參與，細(xì)胞色素讓電子進(jìn)行短距離“旅行”,。而最新研究證明,，即便沒(méi)有細(xì)胞色素，電子也能進(jìn)行“長(zhǎng)途旅行”,，這種細(xì)菌的蛋白微絲就像真正的金屬導(dǎo)線(xiàn)一樣,。
洛維利表示：“蛋白微絲能采用這種方式導(dǎo)電是生物學(xué)領(lǐng)域的一次‘范式改變’，其對(duì)于我們理解自然的微生物過(guò)程以及其對(duì)環(huán)境治理和可再生能源的研發(fā)非常重要,。”
2005年,，該團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志撰文指出，硫還原泥土桿菌的納米線(xiàn)可能代表了生物學(xué)領(lǐng)域一個(gè)基本的新特性,，其能通過(guò)納米線(xiàn)將電子運(yùn)送到體內(nèi)的氧化鐵（其對(duì)該細(xì)菌的作用就像氧氣對(duì)人一樣）,，但他們沒(méi)有給出其具體的運(yùn)作機(jī)制。現(xiàn)在,，在實(shí)驗(yàn)室中,，科學(xué)家們用電極取代了氧化鐵，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，該細(xì)菌產(chǎn)生了厚的,、帶電的導(dǎo)電生物膜?？茖W(xué)家們使用不同的菌株進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),，生物膜內(nèi)的導(dǎo)電性可能歸功于貫穿于生物膜的納米線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),。
托米勒指出,，人造納米線(xiàn)的屬性可以通過(guò)改變其周?chē)沫h(huán)境來(lái)改變,，而這種細(xì)菌采用的天然方法使科學(xué)家能通過(guò)簡(jiǎn)單地改變溫度或調(diào)制基因表達(dá)制造新菌株來(lái)操縱導(dǎo)電性。引入第三個(gè)電極能使生物膜像生物晶體管一樣,，通過(guò)施加電壓使其關(guān)閉或打開(kāi),，其或許能填補(bǔ)固態(tài)電子學(xué)和生物系統(tǒng)之間的鴻溝，讓我們制造出新的生物兼容材料,。
科學(xué)家們指出,，最新發(fā)現(xiàn)有望啟發(fā)人們找到更多天然無(wú)毒的新導(dǎo)電納米材料，其比人造材料更容易制造而且成本更低,。未來(lái),，我們甚至可以制造出在水中和潮濕環(huán)境中使用的電子設(shè)備。（生物谷Bioon.com）
DOI:10.1038/nnano.2011.119
PMC:
PMID:
Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks
Nikhil S. Malvankar; Madeline Vargas; Kelly P. Nevin; Ashley E. Franks; Ching Leang; Byoung-Chan Kim; Kengo Inoue; Tünde Mester; Sean F. Covalla; Jessica P. Johnson; Vincent M. Rotello; Mark T. Tuominen; Derek R. Lovley
Electronic nanostructures made from natural amino acids are attractive because of their relatively low cost, facile processing and absence of toxicity1, 2, 3. However, most materials derived from natural amino acids are electronically insulating1, 2, 3, 4, 5, 6. Here, we report metallic-like conductivity in films of the bacterium Geobacter sulfurreducens7 and also in pilin nanofilaments (known as microbial nanowires8, 9) extracted from these bacteria. These materials have electronic conductivities of ~5 mS cm?1, which are comparable to those of synthetic metallic nanostructures2. They can also conduct over distances on the centimetre scale, which is thousands of times the size of a bacterium. Moreover, the conductivity of the biofilm can be tuned by regulating gene expression, and also by varying the gate voltage in a transistor configuration. The conductivity of the nanofilaments has a temperature dependence similar to that of a disordered metal, and the conductivity could be increased by processing.
