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Il mondo naturale possiede una propria griglia elettrica intrinseca composta da una rete globale di minuscoli nanofili generati da batteri nel suolo e negli oceani che "respirano" espirando gli elettroni in eccesso.
In un nuovo studio, i ricercatori della Yale University hanno scoperto che la luce è un sorprendente alleato nel favorire questa attività elettronica all'interno dei batteri del biofilm. L'esposizione alla luce dei nanofili prodotti dai batteri ha prodotto un aumento della conduttività elettrica fino a 100 volte.
I risultati sono stati pubblicati il 7 settembre sulla rivista Nature Communications .
"Il drammatico aumento della corrente nei nanofili esposti alla luce mostra una fotocorrente stabile e robusta che persiste per ore", ha affermato l'autore senior Nikhil Malvankar, professore associato di biofisica molecolare e biochimica (MBB) presso il Microbial Sciences Institute di Yale nel West Campus di Yale.
I risultati potrebbero fornire nuove informazioni mentre gli scienziati cercano modi per sfruttare questa corrente elettrica nascosta per una varietà di scopi, dall'eliminazione dei rifiuti a rischio biologico e dalla creazione di nuove fonti di carburante rinnovabili.
Quasi tutti gli esseri viventi respirano ossigeno per eliminare gli elettroni in eccesso quando convertono i nutrienti in energia. Senza accesso all'ossigeno, tuttavia, i batteri del suolo che vivono nelle profondità degli oceani o sepolti sottoterra per miliardi di anni hanno sviluppato un modo per respirare "respirando minerali", come lo snorkeling, attraverso minuscoli filamenti proteici chiamati nanofili.
Quando i batteri sono stati esposti alla luce, l'aumento della corrente elettrica ha sorpreso i ricercatori perché la maggior parte dei batteri testati si trova in profondità nel suolo, lontano dalla portata della luce. Studi precedenti avevano dimostrato che, se esposti alla luce, i batteri produttori di nanofili crescevano più velocemente.
"Nessuno sapeva come questo accade", ha detto Malvankar.
Nel nuovo studio, un team di Yale guidato dal ricercatore post-dottorato Jens Neu e dalla studentessa laureata Catharine Shipps ha concluso che una proteina contenente metallo nota come citocromo OmcS, che costituisce i nanofili batterici, agisce come un fotoconduttore naturale:i nanofili facilitano notevolmente il trasferimento di elettroni quando i biofilm sono esposti alla luce.
"È una forma completamente diversa di fotosintesi", ha detto Malvankar. "Qui, la luce accelera la respirazione dei batteri a causa del rapido trasferimento di elettroni tra i nanofili."
Il laboratorio di Malvankar sta esplorando come questa intuizione sulla conduttività elettrica batterica potrebbe essere utilizzata per stimolare la crescita nell'optoelettronica, un sottocampo della fotonica che studia i dispositivi e i sistemi che trovano e controllano la luce, e catturano il metano, un gas serra noto per essere un contributo significativo alla crescita globale cambiamento climatico.
Altri autori dell'articolo sono Matthew Guberman-Pfeffer, Cong Shen, Vishok Srikanth, Sibel Ebru Yalcin del Malvankar Lab di Yale; Jacob Spies, il professor Gary Brudvig e il professor Victor Batista del Dipartimento di Chimica di Yale; e Nathan Kirchhofer di Oxford Instruments. + Esplora ulteriormente
