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

Fraunhofer ontwikkelt 'voertuig van de toekomst'

Het voertuig van de toekomst: je hoeft er nooit meer uit

Hoe kan geïndividualiseerde luxemobiliteit worden ontworpen voor de wereld van het jaar 2040? In een poging om antwoord te geven op deze vraag heeft een interdisciplinair team van het Fraunhofer Gesellschaft '…

Delftse formule brengt na-ionbatterij dichterbij

Delftse formule brengt goedkope natrium-ionbatterij dichterbij

Onderzoekers van de Chinese Academy of Sciences en de TU Delft hebben een methode ontwikkeld om de atomaire structuur van natrium-ionbatterijen te voorspellen. Tot nu toe was dat zelfs met de snelste supercomputers…

Ecologische batterij gemaakt van vanilline

Vanillebatterijen

Onderzoekers van de TU Graz hebben een manier gevonden om vanilline om te zetten in een redox-actief elektrolytmateriaal voor vloeibare batterijen, wat een stap in de richting is van milieuvriendelijke en duurzame…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Nieuw: dynamische inclinometer van DIS Sensors

Monitor machines en installaties zónder dat trillingen de gemeten waarden beïnvloeden met de dynamische inclinometer...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

1 december 2020, online

Machinebouw

Event over Smart Industry, Deep Learning, Big Data, de Cloud, Safety, IIoT, Machine Vision en gebruik van...

8 december 2020, München

automatica

Vakbeurs over automatisering en robotica

8 december 2020, online

Medische elektronica event

De focus van dit event ligt op de ontwikkeling (+ voorwaarden/regelgeving) en productie van medische...

Meer agendapunten »