美科學家利用基因技術制備超細高導微生物納米線

材料牛注：馬薩諸塞大學安姆斯特分校科學家利用基因工程技術制造出了新型地桿菌。這種地桿菌能分泌出超細高導微生物納米線，有望在電子器件領域實現重大作用。

馬薩諸塞大學安姆斯特分校的科學家近期在Small上報道稱，他們利用基因設計制造出的新型細菌品系，能夠用天然無毒氨基酸編織出一種導線。這種導線很細，而且導電率高。

該研究團隊由微生物學家Derek Lovely領導，他們稱這些導線可與人類已知的最細導線相媲美。而且這種由可再生的廉價原料制造的導線，可避免生產納米電子材料通常所需的苛刻的化學處理過程。

Lovely說：“人們需要小型而功能強大的電子設備，需要一種可持續的生產方式。這就需要開發新型的電子材料。”而這種可持續的生產技術和其批量生產細導線的效益，將在電子器件中發揮很大的作用，不只局限于電線、晶體管和電容器，還有生物相容性傳感器、計算設備以及太陽能電池板的組件等等。

10年前，Lovely和他的同事就已經著手這項研究。那時他們發現，地桿菌這種常見的土壤微生物，可以產生“微生物納米線”。這是一種導電細絲蛋白，能幫助微生物在富含鐵礦物的土壤中生存。這些微生物納米線的導電性雖然足以滿足細菌的需求，但是離化學家合成有機導線的要求還相差很遠。

“我們愈加了解微生物納米線的工作原理，而且意識到我們有可能改善自然的設計。”Lovely說，“有一類氨基酸對電導率至關重要，所以我們重新排列了這些氨基酸，來生產我們認為可能會更導電的合成納米線。”

他們發現了一個訣竅，就是引入色氨酸。色氨酸并不存在于天然納米線中，它是一種常見的芳香族氨基酸。其臭名昭著的作用就是，導致人們在感恩節吃多了火雞后就會嗜睡。但鮮為人知的是，它在納米尺度有很高的電子輸送效率。

“我們在原自然位置的苯丙氨酸中插入一個色氨酸，在另一個酪氨酸中也放入一個。我們希望這種改變可以達成預期效果：地桿菌仍能合成納米線，但納米線電導率要翻倍。”

結果大大超過了預期。采用基因工程制造的一種地桿菌菌株，能夠制造大量合成納米線，導電率是天然生物制品2000倍以上。還有附加好處：Lovely稱之為“生物線”的合成納米線直徑僅為天然制品的一半。

“我們對結果交口稱贊！”Lovely說。 生物線的電導率超過許多化學方法生產的具有同等直徑的有機納米線—— 1.5納米（比人的頭發細60,000倍）——這種細度意味著數以千計的電線很容易被打包在一個很小的空間內。額外的好處還有，制造生物線不需要任何危險化學品。此外，生物線不含有毒成分。 “地桿菌能夠在廉價的可再生有機原料上生長，這是一個非常‘綠色’的過程。”他說。雖然生物線是由蛋白質生產的，但是它非常耐用。事實上，Lovely的實驗室又用了數月的時間才發現如何破壞掉這種納米線。

“這是一種相當不尋常的蛋白質，”Lovely說， “而這可能僅僅是個開始。”他的實驗室研究人員最近制作出超過20個地桿菌株，每種都是能產生新氨基酸組合的獨特生物線變體。他還指出，“我希望我們的初步成功能吸引更多的資金。我們要加快探索過程，并通過其它方式來擴大其潛在的應用價值。”

原文鏈接：'Green' electronic materials produced with synthetic biology.

本文由編輯部尉谷雨提供素材，張亞岑編譯，李拓審核，點我加入材料人編輯部。