Üheseinalisi süsiniknanotorusid (SWCNT) neelavad bakterid jagunevad nagu tavaliselt ja annavad sellest tulenevad lisavõimalused isegi edasi oma järglastele. See tulemus, mida hiljuti näitasid Šveitsi EPFL-i teadlased, moodustab aluse uuele valdkonnale, mida nad nimetavad "päritud nanobioonikaks". Teadlased usuvad, et modifitseeritud baktereid saab kasutada elavate fotogalvaaniliste elementide valmistamiseks – energiat tootvateks seadmeteks, mis nende sõnul võiksid pakkuda "tõelist lahendust meie käimasolevale energiakriisile ja kliimamuutuste vastastele jõupingutustele".
SWCNT-d on kokkurullitud süsinikulehed, mille paksus on vaid üks aatom ja mille koguläbimõõt on umbes 1 nm. Neil on suurepärased elektrilised, optilised ja mehaanilised omadused, mis muudavad need ideaalseks paljudes nanobiotehnoloogia rakendustes. Teadlased on näiteks pannud need nanostruktuurid imetajate rakkudesse, et jälgida ainevahetust, kasutades nanotorude kiiratavat infrapunavalgust. Kiirgavat valgust saab kasutada ka sügaval kehas oleva bioloogilise koe pildistamiseks ja terapeutiliste ravimite rakkudesse toimetamiseks. Taimerakkudes on SWCNT-sid kasutatud isegi genoomide redigeerimiseks.
SWCNT kasutuselevõtt on passiivne, pikkusest sõltuv ja selektiivne
Uues töös juhivad teadlased Ardemis Boghossian algas SWCNT-de mähkimisega positiivselt laetud valgukattega. Seejärel suutsid nanostruktuurid suhelda uuritud bakterirakke ümbritsevate negatiivselt laetud välismembraanidega, mis pärinevad perekonnast. Sünekotsüst ja ustos. Esimene neist on üherakuline ja sfääriline, teine aga mitmerakuline ja maolaadse kujuga. Mõlemad on gramnegatiivsed bakterid (nn seetõttu, et neil on õhuke rakusein ja täiendav välismembraan, mis tähendab, et nad ei säilita värvainet, mida kasutatakse tavalises testis, mida nimetatakse Grami plekkideks) ja nad kuuluvad Tsüanobakterid varjupaik. See bakterirühm saab energiat fotosünteesi teel, nagu taimed.
Boghossian ja tema kolleegid leidsid, et mõlemad Sünekotsüst ja ustos võttis SWCNT-d passiivse, pikkusest sõltuva ja selektiivse protsessi kaudu, mis võimaldab nanoosakestel spontaanselt siseneda mikroorganismide rakuseintesse. Samuti avastasid nad, et nanotorusid saab infrapunas väga selgelt kujutada, kuna need fluorestseerivad selles elektromagnetilise spektri piirkonnas. Tõepoolest, see valguse emissioon võimaldas teadlastel näha, et SWCNT-d edastati nende jagunemisel bakterite niinimetatud tütarrakkudele. Tütarrakud pärivad seega nanotorude erakordsed omadused.
Nagu tehisjäseme
"Me nimetame seda "päritud nanobioonikaks", " selgitab Boghossian. "See on nagu tehisjäseme olemasolu, mis annab teile rohkem võimalusi kui loomulikul teel saavutatav. Ja nüüd kujutage ette, et teie lapsed võivad sündides selle omadused teilt pärida. Me mitte ainult ei andnud baktereid selle kunstliku käitumisega, vaid selle käitumise pärivad ka nende järeltulijad.
Ja see polnud veel kõik: teadlased leidsid ka, et nanotorusid sisaldavad bakterid toodavad valgusega valgustamisel oluliselt rohkem elektrit kui ilma nanotorudeta bakterid. "Sellised "elusad fotogalvaanilised elemendid" saavad kasu negatiivsest süsiniku jalajäljest – nad võtavad aktiivselt endasse, mitte ei eralda süsinikdioksiidi," räägib Boghossian. Füüsika maailm. "See on vastupidine tavapärasele fotogalvaanilisele elektrienergiale, mis, kasutades ära meie kõige rikkalikumat energiaallikat - päikest, tekitab tootmisetapis palju süsinikdioksiidi." See on fotogalvaanika "räpane saladus", ütleb ta.
Elaval fotogalvaanikal on ka teisi olulisi eeliseid: neil on automatiseeritud mehhanismid valguse neeldumise optimeerimiseks; saab ise parandada; ja mis kõige tähtsam, suudab paljuneda, lisab ta. „Iga üksiku raku tootmiseks ei pea te muretsema tehase ehitamise pärast. Need rakud kasutavad süsinikdioksiidi, mida nad võtavad, et end automaatselt parandada ja rohkem toota. Nad tuginevad maakera rikkalikele materjalidele ja on odavad. See on materjaliteaduse unistus.
Kasutusalad
Töö, mis on üksikasjalikult kirjeldatud Loodus Nanotehnoloogia, tõstab esile rakendused, mis keskenduvad nii valguse kogumisele kui ka fluorestsentspildistamisele. "Näiteks pildistamine ei võimalda meil mitte ainult jälgida rakke põlvkondade kaupa, vaid saame seda tehnoloogiat kasutada ka elus- ja elutarakkude ning erinevate rakutüüpide eristamiseks." Boghossian ütleb.
Grafeeni "trummid" koguvad vibratsiooni üksikutelt bakteritelt
Teadlased võisid isegi jälgida bakterimembraanide erinevate osade moodustumist pärast rakkude jagunemist tänu nanotorude kiiratavale valgusele ja jälgida rakkude sees toimuvaid füüsikalis-keemilisi muutusi. "Selle rakenduse puhul on eriline see, et kiiratav valgus erineb valgusest, mida rakud loomulikult kiirgavad, nii et me ei pea muretsema häirivate signaalide pärast, mis on piiranud muid selliseid tehnoloogiaid," ütleb Boghossian.
CNT-de sisestamine bakteritesse sel viisil võib kaasa tuua ka uusi rakendusi teraapias või DNA kohaletoimetamises, mida varem takistasid raskesti läbitungivad bakteriraku seinad.
EPFL-i meeskond uurib nüüd viise, kuidas oma bakterirakke ümber programmeerida, et toota elektrit, muutes nende DNA-d. "Valgust koguvad organismid ei ole loomulikult elektri tootmisel eriti tõhusad," selgitab Boghossian. "Selle põhjuseks on asjaolu, et loodus on need loonud ellujäämiseks, mitte fotogalvaanikaks. Sünteetilise bioloogia hiljutise laienemisega oleme nüüd võimelised neid rakke ümber kasutama, et need oleksid geneetiliselt kaldu elektrit tootma.
