细菌“纳米线”可能有助于开发绿色电子产品

科学家对最初由细菌产生的工程蛋白丝进行了修饰，使其导电。在最近发表在《Small》杂志上的一项研究中，研究人员揭示了蛋白质纳米线；其通过添加单一化合物进行改性&mdash；可以在短距离内导电，并利用空气中水分的能量

该论文的主要作者Lorenzo Travaglini博士说：“我们的发现为开发基于蛋白质的可持续、环保的电气元件和设备开辟了可能性。”。“有一天，这些工程纳米线可能会在能量收集、生物医学应用和环境传感方面带来创新。”

蛋白质工程和纳米电子学相结合的跨学科领域的发展也有望开发弥合生物系统和电子设备之间差距的尖端技术

“最终，我们的目标是改变细菌产生的材料，以制造电子元件。这可能会开创一个全新的绿色电子时代，有助于塑造一个更可持续的未来，”Travaglini博士说，他由生物技术与生物分子科学学院SYNbioLAB的Dominic Glover博士监督

从大自然中汲取灵感

电是由电子（携带电荷的小颗粒）在原子之间的运动产生的

Travaglini博士说：“自然界中的许多事件都需要电子的运动，是新的电力收集技术的灵感来源。”。“例如，植物中的叶绿素需要在不同的蛋白质之间移动电子才能进行光合作用。”

天然存在的细菌也使用被称为纳米线的导电丝在其膜上转移电子。重要的是，导电的细菌纳米线有可能与生物系统（如活细胞）相互作用，并可用于生物传感，使用人机界面监测来自身体的内部信号

然而，当直接从细菌中提取时，这些天然纳米线很难修饰，功能有限

Travaglini博士说：“为了克服这些限制，我们使用大肠杆菌对纤维进行了基因工程。”。“我们对大肠杆菌的DNA进行了修饰，使细菌不仅产生了生存所需的蛋白质，还构建了我们设计的特定蛋白质，然后我们在实验室将其工程化并组装成纳米线。”

谜题中缺失的部分是血红素分子

利用湿度产生能量

血红素是一种圆形结构，被称为卟啉环，其铁原子位于在中间。它负责将红细胞中的氧气从肺部输送到身体其他部位

最近的研究表明，当血红素分子紧密排列在一起时，它们可以进行电子转移。因此，Travaglini博士和他的团队将血红素整合到细菌产生的细丝中，怀疑如果血红素分子距离足够近，电子可以在它们之间跳跃

在实验室中，该团队通过在电极上铺设一层材料膜并施加电势来测量工程细丝的电导率。Travaglini博士说：“正如我们所预期的那样，我们发现通过在细丝中添加血红素，蛋白质变得导电，而没有血红素的裸细丝没有电流。”

虽然Travaglini博士和Glover博士最初开始将一种天然存在的材料调制成导线，但他们发现了一些令人惊讶的结果

Travaglini博士说：“我们在一个可以控制外部条件的室内进行了电导率测试。”。“我们开始注意到，在所谓的‘环境条件’下，湿度在20%-30%之间，电流会更强。”

团队决定进行更多的测试，使用夹在两个金电极之间的较厚材料。Travaglini博士说：“我们提出，湿度在材料的深度上产生了电荷梯度。”。“薄膜上的这种不平衡电荷能够产生短路，而不必施加任何电势。”

一旦他们发现灯丝对湿度有反应，他们就创建了一个简单的湿度传感器，通过简单地在设备上呼吸来测量电流对空气中水分的反应。Travaglini博士说：“我们发现纤维导电性的每个峰值都对应于呼气。”

朝着正确的方向迈出的一步

这项研究可能为生产需要超低功率的可持续无毒材料电气设备打开大门

Travaglini博士说：“我们倾向于使用的电子产品是通过需要高温且对能源要求很高的工艺制造的。它们不是绿色的，而且它们来源的材料可能有毒。”。“使用生物材料发电要环保得多。我们可以从细菌中生产这些细丝，而且它是可扩展的。”

这些蛋白质组件的性质也可以通过调节血红素的化学结构或细丝的周围环境来调节。该团队目前正在试验掺入不同的斑岩分子来改变材料的性质，包括光敏分子。Travaglini博士说：“天然细菌纳米线很难达到这种控制水平，这突出了我们合成方法的多功能性和潜力。”

Travaglini博士强调他的团队仍然