Der Boden unter unseren Füßen und unter dem Meeresboden ist ein elektrisch geladenes Gitter, das Produkt von Bakterien, die in einer sauerstoffarmen Umgebung überschüssige Elektronen durch winzige Nanodrähte „ausatmen“.
Forscher der Yale University haben Wege untersucht, um diese natürliche elektrische Leitfähigkeit in Nanodrähten zu verbessern, indem sie den Mechanismus des Elektronenflusses identifiziert haben. In einer neuen Studie veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschrittefand ein Team unter der Leitung des Doktoranden Peter Dahl mit Nikhil Malvankar, Assistenzprofessor für Molekulare Biophysik und Biochemie am Microbial Sciences Institute, und Victor Batista, Professor für Chemie, heraus, dass Nanodrähte 10 Milliarden Elektronen pro Sekunde ohne Energieverlust bewegen.
Diese Studien erklären die bemerkenswerte Fähigkeit dieser Bakterien, Elektronen über große Entfernungen zu senden. Das Team fand auch heraus, dass das Abkühlen der Umgebung um die Nanodrähte von Geobacter von Raumtemperatur auf den Gefrierpunkt die Leitfähigkeit um das 300-fache erhöht. Dies ist sehr überraschend, da das Abkühlen Elektronen typischerweise einfriert und sie in organischen Materialien verlangsamt. Durch die Kombination von Experimenten und Theorie fanden die Forscher heraus, dass die kälteren Temperaturen Wasserstoffbrückenbindungen umstrukturieren und Hämproteine innerhalb von Nanodrähten glätten, wodurch der Stromfluss verbessert wird. Die Nutzung dieses natürlich vorkommenden Stromnetzes könnte eines Tages zur Entwicklung lebender und selbstreparierender Stromkreise, neuer Stromquellen und biologischer Sanierungsstrategien führen.
Peter J. Dahl et al, 300-fache Erhöhung der Leitfähigkeit in mikrobiellen Cytochrom-Nanodrähten aufgrund temperaturinduzierter Umstrukturierung von Wasserstoffbindungsnetzwerken, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm7193. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm7193