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由纳米压印技术制造的电极光学图像。纳米电极(50纳米宽,间隔50纳米),

成扇形散开,成微尺度模型,最终连接到触板上。
(图片来源于:University of Massachusetts Amherst/Wiley-VCH)

引言

电子产品,越来越多触觉人类生活,对于电子技术的要求,将是更小,更快,更具移动性,功能更强,且绿色无污染,可持续。最近,科学家们使用转基因的普通土壤细菌产生导电纳米线,不仅具有导电性,而且厚度不到人类头发的六万分之一。

研究简介

多年以来,科学家们都在怀疑使用微生物产生导电纳米线的理论可能性。然而,现在却已经被现实论证了。马萨诸塞大学安姆斯特分校的研究人员,使用转基因的普通土壤细菌,产生导电纳米线。


这项研究由美国海军研究办公室(ONR)的赞助。马萨诸塞大学安姆斯特分校的教授,Derek Lovley 博士是这项研究的领导者。他曾经于2011年发表一些列论文,论证了土壤细菌可导电。


导电纳米线的产生


微生物学家 Derek Lovley 博士设计的纳米线,使用可重用的“绿色”能源材料,例如太阳能,二氧化碳以及植物废料产生,由无毒天然蛋白组成,避免了用于制造传统纳米电子材料的有害化学物质。

转基因地杆菌

研究的核心对象是地杆菌,一种可以产生微生物纳米线的细菌。纳米线,是一种产生于生物的毛发状蛋白细丝突出,它能与氧化铁产生电气连接,支持细菌在土壤中生长。尽管,地杆菌可自然地携带足够电力,满足其生存需求。但是,对于人类应用来说,导电性还达不到要求。

所以,Lovley 教授通过色氨酸取代两个氨基酸,从而改变了细菌的基因组成。色氨酸,除了可以帮助改善睡眠,对于电子在纳米级的传输,产生具有显著的帮助作用。

结果,新的合成物超越了研究人员的想象。这种具有色氨酸的纳米线,比它自然状态下的导电性强2000倍,并且直径只有1.5纳米,比人类头发的六万分之一还要细,可大量存储在极微小的区域。


(图片来源于:ONR)

应用领域

这种由绿色方式产生的导电纳米线,未来可应用于“绿色”电子产品,取代以往的有毒化学物质。它可持续,可重用,是一种产生尖端电子材料的新技术。

它可以广泛应用于电子设备,例如传感器,晶体管和电容器等组件。这些纳米线,放置在硅芯片上,连接到无人驾驶车辆,可以用来监测化学物质,例如爆炸材料,污染和有毒物质等。作为医疗传感器使用,它可以监测PH值,心率或者肾功能。

除了这些,在军事方面,纳米线也可以有相关应用。例如,它可以在微生物中提供电流,然后产生燃料丁醇。这样使得燃料补给更便捷。

参考资料

【1】Tan, Y., Adhikari, R. Y., Malvankar, N. S., Pi, S., Ward, J. E., Woodard, T. L., Nevin, K. P., Xia, Q., Tuominen, M. T. and Lovley, D. R. (2016), Synthetic Biological Protein Nanowires with High Conductivity. Small. doi:10.1002/smll.201601112

【2】http://www.onr.navy.mil/Media-Center/Press-Releases/2016/Geobacter.aspx

【3】http://www.umass.edu/newsoffice/article/experiments-support-conductivity-claims


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转基因细菌产生导电纳米线 开启绿色电子产品新时代
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