吸收单壁碳纳米管 (SWCNT) 的细菌继续正常分裂，甚至将由此产生的额外能力传递给它们的后代。 这一结果最近由瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员证明，构成了他们称之为“遗传纳米仿生学”的新领域的基础。 研究人员认为，经过改造的细菌可用于制造活体光伏——他们说这种能源生产设备可以“为我们持续的能源危机和应对气候变化的努力提供真正的解决方案”。
单壁碳纳米管是卷起的碳片，只有一个原子厚，总直径约为 1 纳米。 它们拥有出色的电学、光学和机械性能，使其成为纳米生物技术领域许多应用的理想选择。 例如，研究人员已将这些纳米结构置于哺乳动物细胞中，以使用纳米管发射的近红外光监测新陈代谢。 发出的光还可用于对体内深处的生物组织成像，并帮助将治疗药物输送到细胞中。 在植物细胞中，单壁碳纳米管甚至被用于编辑基因组。
SWCNT 吸收是被动的、依赖于长度和选择性的
在这项新工作中，研究人员由 阿德米斯博格斯安 首先用带正电荷的蛋白质涂层包裹单壁碳纳米管。 然后，纳米结构能够与他们研究的细菌细胞周围带负电荷的外膜相互作用，这些细胞来自细菌属 集胞藻 和 Nostos酒店. 前者是单细胞球形的，而后者是多细胞的，呈蛇形。 两者都是革兰氏阴性菌（如此称呼是因为它们具有薄的细胞壁和额外的外膜，这意味着它们不保留在称为革兰氏染色的常见测试中使用的染料），并且它们属于 蓝藻 门。 这组细菌通过光合作用获得能量，就像植物一样。
Boghossian 及其同事发现，两者 集胞藻 和 Nostos酒店 通过被动的、依赖于长度的选择性过程吸收单壁碳纳米管，该过程允许纳米粒子自发进入微生物的细胞壁。 他们还发现纳米管可以在红外线中非常清晰地成像，因为它们在电磁波谱的这个区域发出荧光。 事实上，这种光发射让研究人员能够看到单壁碳纳米管在细菌分裂时被传递给所谓的细菌子细胞。 因此，子细胞继承了纳米管的特殊特性。
就像假肢一样
“我们称之为'继承的纳米仿生学'，”Boghossian 解释说。 “这就像拥有一个假肢，赋予你超越自然能力的能力。 现在想象一下，您的孩子可以在他们出生时从您那里继承它的属性。 我们不仅将这种人工行为传给了细菌，而且这种行为也遗传给了它们的后代。”
这还不是全部：研究人员还发现，与没有纳米管的细菌相比，含有纳米管的细菌在光照时产生的电量要多得多。 “这种‘活体光伏’受益于负碳足迹——它们积极吸收而不是释放二氧化碳，”Boghossian 说 物理世界. “这与传统光伏技术形成鲜明对比，传统光伏技术在利用我们最丰富的能源——太阳——的同时，在制造阶段会产生大量二氧化碳。” 她说，这是光伏的“肮脏秘密”。
生活光伏发电还有其他重要优势：它们具有优化光吸收的自动化机制； 可以自行修复； 重要的是，可以繁殖，她补充道。 “你不必担心建造工厂来制造每个单独的电池。 这些细胞利用它们吸收的二氧化碳来自动修复并制造更多的自身。 它们依赖地球上丰富的材料，而且价格便宜。 这是材料科学的梦想。”
应用领域
这项工作，在 自然纳米技术，重点介绍了专注于光捕获和荧光成像的应用。 “例如，成像技术不仅让我们能够跨代追踪细胞，我们还能够利用这项技术区分活细胞和非活细胞，以及不同的细胞类型。” Boghossian 说。
石墨烯“鼓”接收单个细菌的振动
由于纳米管发出的光，研究人员甚至可以追踪细胞分裂后细菌膜不同部分的形成，并监测细胞内部的物理化学变化。 “这种应用的特别之处在于，发出的光与细胞自然发出的光不同，因此我们不必担心限制其他此类技术的干扰信号，”Boghossian 说。
能够以这种方式将 CNT 引入细菌也可能导致在治疗或 DNA 传递方面的新应用，这些应用以前因难以穿透细菌细胞壁而受到阻碍。
EPFL 团队目前正在研究通过修改 DNA 来重新编程细菌细胞以产生电能的方法。 “捕光生物在发电方面自然效率不高，”Boghossian 解释说。 “这是因为它们是大自然为生存而设计的，而不是光伏发电。 随着最近合成生物学的发展，我们现在可以重新利用这些细胞，使它们在遗传上倾向于发电。”
