供电的细菌微生物机器人

现在的电子设备仍然是由无生命的材料制成的。然而，有一天，"微生物机器人 "可能会被用于燃料电池、生物传感器或生物反应器中。卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的科学家们通过开发一种由纳米复合材料和产生电子的Shewanella oneidensis细菌组成的可编程生物混合系统，为微生物机器人创造了必要的前提条件。该材料作为细菌的支架，同时还能传导微生物产生的电流。该研究结果发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

Shewanella oneidensis细菌属于所谓的外电性细菌。这些细菌可以在新陈代谢过程中产生电子，并将其输送到细胞外部。然而，由于生物体和电极的相互作用受到限制，这种电的使用一直受到限制。与传统电池不同的是，这种 "有机电池 "的材料不仅要将电子传导到电极上，还要将尽可能多的细菌与这个电极进行最佳连接。到目前为止，能够嵌入细菌的导电材料都是低效的，否则无法控制电流。

现在，Christof M. Niemeyer教授的团队已经成功地开发出了一种纳米复合材料，这种纳米复合材料能够支持外生细菌的生长，同时还能以可控的方式传导电流。"我们制作了一种多孔水凝胶，由碳纳米管和二氧化硅纳米颗粒组成的多孔水凝胶由DNA股交织而成，"Niemeyer说。然后，研究小组在支架上添加了Shewanella oneidensis细菌和液体营养介质。而这种材料和微生物的组合起了作用。

"Shewanella oneidensis在导电材料中的培养表明，外电性细菌会在支架上沉淀，而其他细菌，如大肠杆菌，则留在基体表面，"微生物学家Johannes Gescher教授解释说。此外，研究小组证明，随着沉淀在导电合成基体上的细菌细胞数量的增加，电流也会增加。这种生物混合基体在数天内保持稳定，并表现出了电化学活性，这证实了这种合成基体可以有效地将细菌产生的电子传导到电极上。

这样的系统不仅要有导电性，还必须能够控制这个过程。这一点在实验中得到了实现。为了关闭电流，研究人员在实验中加入了一种能切割DNA链的酶，结果是复合体被分解。

"据我们所知，现在已经首次描述了这样一种复杂的、功能性的生物杂交材料。总的来说，我们的研究结果表明，这种材料的潜在应用甚至可能超越微生物生物传感器、生物反应器和燃料电池系统，"Niemeyer强调说。