نجح باحثون في جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) في أستراليا في هندسة خيوط البروتين التي تنتجها البكتيريا، حتى تتمكن من توصيل الكهرباء وحتى تسخيرها باستخدام الرطوبة الموجودة في الهواء .
هذا البحث متعدد التخصصات، والذي يتضمن هندسة البروتين والإلكترونيات النانوية، يمكن أن يساعد العلماء يومًا ما على تطوير "إلكترونيات خضراء". ونشرت نتائج البحث في مجلة سمول.
يتم تصنيع الإلكترونيات الحديثة، المنتشرة في كل مكان، باستخدام عمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة ومكونات شديدة السمية. وهي ضرورية لتسهيل حركة الإلكترونات داخل الجهاز وتنفيذ العمل.
ومن ناحية أخرى، تتطلب العديد من الأحداث في الطبيعة أيضًا حركة الإلكترونات. على سبيل المثال، في عملية التمثيل الضوئي التي تستخدمها النباتات لإنتاج غذائها، يقوم الكلوروفيل بنقل الإلكترونات عبر جزيئات البروتين المختلفة. تقوم الأنظمة البكتيرية أيضًا بنقل الإلكترونات عبر الأغشية باستخدام خيوط موصلة تسمى الأسلاك النانوية.
دمج هيم في بنية البكتيريا
هندسة الأسلاك النانوية البكتيرية
يمكن للأسلاك البكتيرية النانوية توصيل الكهرباء ويمكن استخدامها لتصميم أنظمة الاستشعار. ومع ذلك، بعد أن تحصدها البكتيريا، يصعب تعديل هذه الأسلاك النانوية، وبالتالي تكون وظائفها محدودة.
يقول لورنزو ترافاجليني، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة نيو ساوث ويلز والذي شارك في هذا العمل: "للتغلب على هذه القيود، قمنا بتصميم ألياف وراثيًا باستخدام بكتيريا الإشريكية القولونية".
"لقد قمنا بتعديل الحمض النووي للإشريكية القولونية بحيث لا تنتج البكتيريا البروتينات التي تحتاجها للبقاء على قيد الحياة فحسب، بل تقوم أيضًا ببناء البروتين المحدد الذي صممناه، والذي قمنا بعد ذلك بتصميمه وتجميعه في أسلاك نانوية في المختبر"، أوضح ترافاجليني في البيان الصحفي.
ومن المثير للاهتمام أن هذا الجزيء الإضافي الذي يجعل الأسلاك النانوية موصلة للغاية هو الهيم، وهو هيكل دائري قائم على الحديد ويوجد عادة في دم الحيوانات والذي يستخدم لنقل الأكسجين إلى أجزاء مختلفة من الجسم. الهيم هو جزيء موجود في الهيموجلوبين
توليد الكهرباء من الهواء
أجرى فريق جامعة نيو ساوث ويلز أبحاثًا حول الأسلاك النانوية البكتيرية، والتي أظهرت أنه عندما يتم ترتيب جزيئات الهيماتيت بشكل وثيق معًا، يمكنها أيضًا إجراء نقل الإلكترون. قام ترافاجليني وفريقه بدمج الهيماتيت في خيوطهم الهندسية، على أمل أن تقفز الإلكترونات بين جزيئات الهيماتيت إذا تم وضعها بالقرب من بعضها البعض بدرجة كافية.
ومن خلال قياس موصلية الخيوط في وجود وغياب جزيئات الهيم، أكد الباحثون أن الجزيء ذو الأساس الحديدي يجعل البروتين موصلًا.
وخلال اختبارات مكثفة، وجد الباحثون أن التيار الكهربائي كان أقوى عندما كانت الظروف البيئية تتراوح بين 20 و30 بالمائة من الرطوبة.
وعندما تكررت الاختبارات بكميات متزايدة من المواد الموصلة المحصورة بين الأقطاب الكهربائية، أكد الباحثون أن الرطوبة خلقت تدرجًا للشحن عبر المادة وولدت تيارًا إضافيًا دون تطبيق إمكانات إضافية.
ثم صمم الباحثون جهاز استشعار للرطوبة يولد تيارًا كهربائيًا عندما يمر تيار هوائي فوق البكتيريا، حتى من خلال التنفس.
يستكشف الفريق الآن كيف يمكن ضبط خصائص البروتينات عن طريق تغيير بنية الورم الدموي أو بيئة الخيوط. في إحدى التجارب، يستخدم الباحثون جزيئات حساسة للضوء لتسهيل نقل الإلكترونات.
وشدد ترافاجليني على أن البحث لا يزال في مراحله الأولى وأن الأمر سيستغرق بعض الوقت قبل أن يصبح جزءًا من الإلكترونيات اليومية.
وأضاف في البيان الصحفي: "إنها حقًا مسألة تطبيق عملي". "لا نعرف بالضبط كم من الوقت سيستغرق الأمر، ولكن يمكننا أن نرى أننا نسير في الاتجاه الصحيح."
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بما يتم نشره من مقالات السيناريوهات الاقتصادية الجديدة.
المقالة البكتيريا المُصممة لتوصيل وإنتاج الكهرباء: اكتشاف من أستراليا يأتي من السيناريوهات الاقتصادية .