Kabelbakterien züchten metallorganische Drähte

Wissenschaftler der Universität Antwerpen haben entdeckt, dass mehrzellige Kabelbakterien, die im Schlamm von Flüssen und Meeren leben, auf natürliche Weise metallorganische Gerüste züchten – ein Material, das Menschen normalerweise im Labor synthetisieren. Laut ixbt.com galt eine solche Eigenschaft bei lebenden Systemen bisher als unmöglich. Dies berichtet Ixbt.com berichtet .

Seit einem Jahrzehnt rätselten Forscher darüber, wie diese Mikroorganismen elektrischen Strom über Entfernungen leiten können, die tausendmal länger sind als ihr eigener Körper – nämlich über Zentimeter hinweg. Der Mechanismus für einen solch weitreichenden Elektronentransport, der für biologische Systeme untypisch ist, blieb lange ein Rätsel.

In einer neuen Studie untersuchten Experten die Bakterien auf atomarer Ebene und entdeckten, dass sie keine einfachen Proteine oder Eisen-Schwefel-Cluster enthalten, sondern eine präzise geordnete nickelorganische Struktur. Diese fadenförmigen Organismen leben an der Grenze zwischen sauerstoffhaltigen und sauerstofffreien Zonen, wobei Zellen in den tieferen Schichten Elektronen aus Schwefelwasserstoff aufnehmen und die an der Oberfläche sie an Sauerstoff abgeben.

Einzigartige Leitfähigkeit und ihr Geheimnis

Die elektrische Leitfähigkeit dieser leitfähigen Fasern wurde bereits früher mit bis zu 500 S/cm nachgewiesen. Mithilfe von Elektronenmikroskopie, Röntgenspektroskopie und Computermodellierung zeigten die Wissenschaftler, dass das Zentrum der Leitfähigkeit ein Komplex namens NiBiD ist.

Jede leitfähige Faser enthält in ihrem zentralen Kanal 11 Nanobänder mit einer Dicke von 1,4 Nanometern, die wie ein mehradriges Kupferkabel verdrillt sind. Ein Nickelatom wird von vier Schwefelatomen in einem organischen Molekül gehalten, was eine Überlappung der Elektronenwolken erzeugt.

Perspektiven für die praktische Anwendung

Bakterien bilden diese geordneten Nanobänder durch Selbstorganisation bei Raumtemperatur in wässriger Umgebung. Dies ist äußerst energieeffizient, im Gegensatz zu den energieintensiven Prozessen, die für die Herstellung synthetischer Polymere erforderlich sind.

Die Forscher betonen, dass die realistischste Anwendung in der flexiblen gedruckten Elektronik liegen könnte, bei der leitfähige Tinten in Schichten aufgetragen werden, um Schaltkreise und Sensoren zu erzeugen.

Das Haupthindernis für die Implementierung der Technologie sind die Skalierungskosten. Experten müssen zunächst nachweisen, dass das Biomaterial wirtschaftlich sinnvoll produziert werden kann und seine Eigenschaften denen aktueller elektronischer Tinten in nichts nachstehen.