I dispositivi elettronici sono ancora fatti di materiali senza vita. Un giorno, però, "cyborg microbici" potrebbero essere utilizzati nelle celle a combustibile, biosensori, o bioreattori. Gli scienziati del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno creato il prerequisito necessario sviluppando un programmabile, sistema bioibrido costituito da un nanocomposito e dal batterio Shewanella oneidensis che produce elettroni. Il materiale funge da impalcatura per i batteri e, allo stesso tempo, conduce la corrente prodotta microbicamente. I risultati sono riportati in Materiali e interfacce applicati ACS .

Il batterio Shewanella oneidensis appartiene ai cosiddetti batteri esoelettrogeni. Questi batteri possono produrre elettroni nel processo metabolico e trasportarli all'esterno della cellula. Però, l'uso di questo tipo di elettricità è sempre stato limitato dalla ristretta interazione di organismi ed elettrodi. Contrariamente alle batterie convenzionali, il materiale di questa "batteria organica" non deve solo condurre elettroni a un elettrodo, ma anche per collegare in modo ottimale quanti più batteri possibile a questo elettrodo. Finora, i materiali conduttivi in ​​cui i batteri possono essere incorporati sono stati inefficienti o è stato impossibile controllare la corrente elettrica.

Il team del professor Christof M. Niemeyer è ora riuscito a sviluppare un nanocomposito che supporta la crescita di batteri esoelettrogeni e, allo stesso tempo, conduce la corrente in modo controllato. "Abbiamo prodotto un idrogel poroso che consiste di nanotubi di carbonio e nanoparticelle di silice intrecciate da filamenti di DNA, " dice Niemeyer. Poi, il gruppo ha aggiunto allo scaffold il batterio Shewanella oneidensis e un mezzo nutritivo liquido. E questa combinazione di materiali e microbi ha funzionato.

"La coltivazione di Shewanella oneidensis in materiali conduttivi dimostra che i batteri esoelettrogeni si depositano sull'impalcatura, mentre altri batteri, come Escherichia coli, rimanere sulla superficie della matrice, " spiega il microbiologo professor Johannes Gescher. Inoltre, il team ha dimostrato che il flusso di elettroni aumenta con un numero crescente di cellule batteriche che si depositano sul conduttore, matrice sintetica. Questo composito bioibrido è rimasto stabile per diversi giorni e ha mostrato attività elettrochimica, il che conferma che il composito può condurre in modo efficiente gli elettroni prodotti dai batteri a un elettrodo.

Un tale sistema non deve solo essere conduttivo, deve anche essere in grado di controllare il processo. Ciò è stato ottenuto nell'esperimento:per spegnere la corrente, i ricercatori hanno aggiunto un enzima che taglia i filamenti di DNA, a seguito della quale il composto viene scomposto.

"Per quanto ne sappiamo, un tale complesso, materiale bioibrido funzionale è stato descritto per la prima volta. Del tutto, i nostri risultati suggeriscono che le potenziali applicazioni di tali materiali potrebbero estendersi anche oltre i biosensori microbici, bioreattori, e sistemi di celle a combustibile, " sottolinea Niemeyer.