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工程師報告了從細菌中收集可用電力的進展。科學(xué)家們知道,生活在缺氧環(huán)境(包括人體腸道)中的某些細菌已經(jīng)進化出一種獨特的呼吸形式,包括排泄和抽出電子。換句話說,它們實際上產(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)計有效的微生物燃料電池或從有機廢物中發(fā)電。NASA甚至調(diào)查的細菌是否能動力未來的太空任務(wù)。
然而,妨礙將理論轉(zhuǎn)化為這種實際現(xiàn)實的是,很難確定細菌電性質(zhì)的確切性質(zhì)。細胞比哺乳動物細胞小得多,并且在實驗室條件下極難生長。
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菌的電化學(xué)活性,使他們能夠為特定任務(wù)選擇最佳候選者。
“最近的研究表明,可能存在更廣泛的細菌,這些細菌具有[發(fā)電]特性,”機械工程師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。
細菌通過在細胞中產(chǎn)生電子然后通過表面蛋白質(zhì)形成的微小通道將細胞膜轉(zhuǎn)移到細胞膜上來產(chǎn)生電能,這一過程稱為細胞外電子轉(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)大批量細胞并測量EET蛋白的活性或使細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)生的電場推動細菌細胞通過通道,直到它們接近擠壓部分,在那里較強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動)作用以推回細菌。陷阱到位。
Wang注意到每個細菌細胞的“捕獲電壓”,測量細胞大小,然后用計算機模擬計算細胞的極化率 - 也就是說,細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)她的計算,她發(fā)現(xiàn)更具電化學(xué)活性的細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)活性之間存在很強的相關(guān)性,”她說。“事實上,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。
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