研究人員密切關(guān)注利用細(xì)菌的電力

工程師報(bào)告了從細(xì)菌中收集可用電力的進(jìn)展?？茖W(xué)家們知道，生活在缺氧環(huán)境(包括人體腸道)中的某些細(xì)菌已經(jīng)進(jìn)化出一種獨(dú)特的呼吸形式，包括排泄和抽出電子。換句話說，它們實(shí)際上產(chǎn)生的電能理論上可用于為設(shè)備供電或凈化水。

有了這些知識，研究人員正在努力設(shè)計(jì)有效的微生物燃料電池或從有機(jī)廢物中發(fā)電。NASA甚至調(diào)查的細(xì)菌是否能動(dòng)力未來的太空任務(wù)。

然而，妨礙將理論轉(zhuǎn)化為這種實(shí)際現(xiàn)實(shí)的是，很難確定細(xì)菌電性質(zhì)的確切性質(zhì)。細(xì)胞比哺乳動(dòng)物細(xì)胞小得多，并且在實(shí)驗(yàn)室條件下極難生長。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種微流體技術(shù)，他們說這種技術(shù)可以快速處理小樣本的細(xì)菌并測量與微生物發(fā)電能力高度相關(guān)的特定屬性。

他們在“ 科學(xué)進(jìn)展 ” 雜志上寫道，這種被稱為極化性的特性可用于有效和安全地評估細(xì)菌的電化學(xué)活性，使他們能夠?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)選擇最佳候選者。

“最近的研究表明，可能存在更廣泛的細(xì)菌，這些細(xì)菌具有[發(fā)電]特性，”機(jī)械工程師Cullen Buie說。“因此，一種可以探測這些生物的工具可能比我們想象的要重要得多。不僅僅是少數(shù)微生物可以做到這一點(diǎn)。

細(xì)菌通過在細(xì)胞中產(chǎn)生電子然后通過表面蛋白質(zhì)形成的微小通道將細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上來產(chǎn)生電能，這一過程稱為細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移或EET。

用于探測這種電化學(xué)活性的現(xiàn)有技術(shù)包括培養(yǎng)大批量細(xì)胞并測量EET蛋白的活性或使細(xì)胞破裂以純化和探測蛋白質(zhì)。Buie和麻省理工學(xué)院的同事，包括博士后Qianru Wang，決定嘗試找到更快，更少破壞性的東西。

在他們的研究中，他們使用微流體來比較各種細(xì)菌菌株，每種菌株都具有不同的已知電化學(xué)活性。

它們使每個(gè)菌株的微小樣品流過沙漏形的微流體通道，并緩慢地將電壓從零增加到80伏。由此產(chǎn)生的電場推動(dòng)細(xì)菌細(xì)胞通過通道，直到它們接近擠壓部分，在那里較強(qiáng)的磁場通過介電電泳(由非均勻電場中的極化效應(yīng)引起的中性粒子的運(yùn)動(dòng))作用以推回細(xì)菌。陷阱到位。

Wang注意到每個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的“捕獲電壓”，測量細(xì)胞大小，然后用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算細(xì)胞的極化率 - 也就是說，細(xì)胞形成電偶極子對外部電的響應(yīng)是多么容易領(lǐng)域。

根據(jù)她的計(jì)算，她發(fā)現(xiàn)更具電化學(xué)活性的細(xì)菌傾向于具有更高的極化率，并且這種相關(guān)性發(fā)生在所有測試的物種中。

“我們有必要的證據(jù)證明極化性與電化學(xué)活性之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，”她說。“事實(shí)上，極化性可能是我們可以用來代替選擇具有高電化學(xué)活性的微生物的東西。