EO

Microbiële cyborgs: bacteriën die stroom leveren

15 juni 2020 om 12:27 uur

De bacteriën (groen) zijn ingebed in een composiet gemaakt van koolstof nanobuisjes (grijs) en silicium nanodeeltjes (violet) verweven met DNA (blauw). Beeld: Niemeyer Lab, KIT

Op een dag kunnen 'microbiële cyborgs' worden gebruikt in brandstofcellen, biosensoren of bioreactoren. Wetenschappers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben een programmeerbaar, biohybride systeem ontwikkeld dat bestaat uit een nanocomposiet en de Shewanella oneidensis-bacterie die elektronen produceert. Het materiaal dient als matrix voor de bacteriën en geleidt tegelijkertijd de microbieel geproduceerde stroom.


De bevindingen worden gerapporteerd in ACS Applied Materials & Interfaces.

 

De bacterie Shewanella oneidensis behoort tot de zogenaamde exoelectrogene bacteriën. Deze bacteriën kunnen tijdens het metabolisme elektronen produceren en deze naar de buitenkant van de cel transporteren. Het gebruik van dit type elektriciteit is echter altijd beperkt geweest door de beperkte interactie van organismen en elektroden. In tegenstelling tot conventionele batterijen moet het materiaal van deze 'organische batterij' niet alleen elektronen naar een elektrode te geleiden, maar ook zoveel mogelijk bacteriën optimaal op deze elektrode aansluiten. Tot dusver waren geleidende materialen waarin bacteriën kunnen worden ingebed inefficiënt, of was het onmogelijk om de elektrische stroom te regelen.

 

Het team van professor Christof Niemeyer is er nu in geslaagd een nanocomposiet te ontwikkelen dat de groei van exo-elektrische bacteriën ondersteunt en tegelijkertijd de stroom op een gecontroleerde manier geleidt. "We produceerden een poreuze hydrogel die bestaat uit koolstof nanobuisjes en silicium nanodeeltjes verweven door DNA strengen", zegt Niemeyer. Vervolgens voegde de groep de bacterie Shewanella oneidensis en vloeibare voeding toe aan de matrix. En deze combinatie van materialen en microben werkte. "Het kweken van Shewanella oneidensis in geleidende materialen toont aan dat exo-elektrogene bacteriën zich in de matrix nestelen, terwijl andere bacteriën, zoals Escherichia coli, aan het oppervlak blijven", zegt microbioloog Professor Johannes Gescher. Daarnaast bewees het team dat de elektronenstroom toenam met een toenemend aantal bacteriële cellen die zich op de geleidende, synthetische matrix nestelden. Deze biohybride composiet bleef enkele dagen stabiel en vertoonde elektrochemische activiteit, wat bevestigt dat de composiet op efficiënte wijze door de bacteriën geproduceerde elektronen naar een elektrode kan geleiden. 

 

Zo'n systeem moet niet alleen geleidend zijn, het moet ook het proces kunnen sturen. Ook dit werd bereikt in het experiment: om de stroom uit te schakelen, voegden de onderzoekers een enzym toe dat de DNA-strengen doorsnijdt, waardoor de composiet wordt afgebroken. 

 

"Voor zover we weten is voor het eerst zo'n complex, functioneel biohybride materiaal beschreven. We denken dat mogelijke toepassingen van dergelijke materialen zelfs verder reiken dan microbiële biosensoren, bioreactoren en brandstofcelsystemen ", zegt Niemeyer. 

 

Gerelateerd nieuws

Batterijrecycling met uitzonderlijke materiaal terugwinningspercentages

Batterijrecycling met uitzonderlijke percentages teruggewonnen materiaal

De toename van het gebruik van batterijen zorgt ervoor dat er straks een enorme hoeveelheid batterijen te recyclen valt. Verschillende organisaties bereiden zich hierop voor. Zo heeft het Duitse Duesenfeld een proces…

Recyclebare elektronica, geprint op ... papier!

Recyclebare elektronica, geprint op ... papier!

Een team van ingenieurs heeft een mix van op koolstof gebaseerde inkten bedacht waarmee ze elektronische circuits op papier kunnen printen, waardoor deze volledig recyclebaar zijn. De apparaten schijnen krachtig en…

i-Cave: op weg naar de slimste auto

i-Cave: op weg naar de slimste auto

Kun je een voertuig ontwikkelen dat zowel coöperatief, dus in een colonne met anderen, als volledig autonoom kan rijden? Met die centrale vraag startte in 2015 het onderzoeksprogramma i-Cave. Nu, vijf jaar later, is het…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Xelity 10TX is dé IP67 switch voor professionele netwerken

Murrelektronik heeft een IP67 Managed switch met 10 poorten aan het assortiment toegevoegd. Deze bespaart ruimte in de...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

30 november 2021

The Battery Show

A conference and trade fair focused on keeping up with developments in the advanced battery and...

1 december 2021, Den Bosch

Food Technology

Hoe ziet het voedselsysteem van de toekomst eruit? Welke rol speelt technologie hierin?

3 december 2021, online

Seminar on the recycing of permanent magnets

This seminar presents a technical and market overview of magnet recycling in the EU, with current R&I...

Meer agendapunten »