Yong Hu, David Rehnlund,Edina Klein,Johannes Gescher, and Christof M. Niemeye
Использование живых микроорганизмов, интегрированных в электрохимические устройства, является перспективной областью исследований, с возможным применением в микробных топливных элементах, микробных биосенсорах или биореакторах.
Описывается использование пористых нанокомпозитных материалов, полученных методом ДНК-полимеризации углеродных нанотрубок (УНТ) и наночастиц кремнезема (SiNPs), для построения программируемой биогибридной системы, содержащей экзоэлектрогенную бактерию Shewanella oneidensis. Первоначально мы показали электропроводность ЦНТ-содержащего ДНК-композита с помощью хронопотенциометрии, электрохимической импедансной спектроскопии и циклической вольтамперомметрии. Культивирование Shewanella oneidensis в проводящих материалах показывает, что экзоэлектрогенные бактерии населяют матрицу проводящего композита, а неэкзоэлектрогенные кишечные палочки остаются на его поверхности. Более того, возможность использования внеклеточных путей переноса электронов положительно коррелирует с количеством клеток в проводящей синтетической биопленке. Shewanella-содержащий композит остается стабильным в течение нескольких дней и проявляет электрохимическую активность, указывая на то, что проводящая магистраль способна извлекать метаболические электроны, вырабатываемые бактериями, в строго анодных условиях и проводить их к аноду.
Программируемость этой биогибридной системы демонстрируется высвобождением и деградацией по требованию, вызванными кратковременным ферментативным раздражителем. Мы полагаем, что возможности применения таких биогибридных материалов могут выйти даже за рамки микробных биосенсоров, биореакторов и систем топливных клеток.
