Бактерии создали микроскопические «электропровода» с проводимостью до 15 000 См/см
15 сентября 2026, 10:35Наука и космосDarth Sahara4
На протяжении более десяти лет учёные знают о наличии многоклеточных бактерий в речном и морском осадке, которые имеют способность проводить электрический ток на расстояние в сантиметры — что в тысячи раз превышает длину их клеток. Как именно это происходит, оставалось неясным — биологические механизмы не предусмотрены для такой значительной передачи электронов. В новом исследовании команда из Антверпенского университета исследовала структуру на атомарном уровне и обнаружила, что там нет ни белков, ни привычных железосерных кластеров, а также организованных никелевых каркасных материалов — а бактерии действительно создают внутри себя металл-органический каркас — материал, который химики обычно синтезируют в лабораториях для электроники, и считалось, что живые организмы не способны его производить.
Кабельные бактерии — это нитевидные многоклеточные организмы длиной до нескольких сантиметров, обитающие в осадке на границе кислородной и бескислородной зон. Клетки, находящиеся глубже, поглощают электроны из сероводорода, в то время как клетки на поверхности отдают их кислороду. Электрический ток проходит по волокнам, которые соединяют всю цепочку клеток, разделяя две части метаболизма в пространстве — такое решение не наблюдается больше нигде в живом мире. Ранее та же группа исследователей продемонстрировала, что проводимость этих волокон достигает 500 См/см (сименс на сантиметр) — значение, которое невозможно для биологических структур, а перенос электронов происходит по никелевым центрам, а не по привычным для биологии железосерным кластерам.
Чтобы разобраться в механизме работы, авторы использовали разнообразные методы — от электронной микроскопии и рентгеновской спектроскопии до компьютерного моделирования. Выяснилось, что каждое проводящее волокно содержит в центральном канале около 11 нанолент толщиной примерно 1,4 нанометра, скрученных подобно многожильному медному кабелю.
«Ощущение было очень знакомым: плетёный провод из тонких жил в защитной оболочке. Поразило не то, насколько это выглядит экзотично, а насколько привычно. Эволюция создала эту конструкцию за 600 миллионов лет до появления электриков», — отметил руководитель исследования Филип Мейсман.
Основой проводимости является комплекс, получивший название NiBiD (Nickel Bis-Dithiolene): атом никеля, удерживаемый четырьмя атомами серы в органической молекуле. Эти плоские единицы укладываются в стопки, создавая перекрытие электронных облаков, что характерно не для биологии, а для проводящих полимеров. Электрический ток не движется скачками между разрозненными металлическими центрами, а распространяется по делокализованной сети — как в синтетических органических проводниках. Формально биологи впервые зафиксировали металл-органический каркас (MOF), созданный живым организмом.
Если измерять электропроводность не по всему сечению волокна, а только по самим нанолентам, тогда показатели колеблются от 150 до 15 000 См/см. В настоящее время группа работает над подключением отдельных нанолент к микроэлектродам для проведения прямых измерений, — но даже минимальное значение сопоставимо с характеристиками промышленных проводящих чернил. Если верхняя граница подтвердится, это станет одним из самых высоких значений для металл-органических структур и абсолютным рекордом для известных биоматериалов.
Это не только инженерный ориентир для новых материалов, но и принципиальный сдвиг в понимании эволюционных возможностей.
Для прикладной электроники важна не только сама проводимость, но и метод её производства. Бактерии формируют упорядоченные наноленты самосборкой в водной среде при комнатной температуре — это полная противоположность энергоёмким процессам, необходимым для синтеза полимерных проводников. Мейсман называет гибкую печатную электронику самым очевидным применением, но подчеркивает: прежде всего необходимо подтвердить, что биоматериал можно производить экономически эффективно и что его характеристики не уступают современным чернилам.
Главным барьером на пути к технологии является стоимость масштабирования. «Задача состоит в том, чтобы продемонстрировать: биоматериал можно производить экономически целесообразным способом, и его свойства не хуже, чем у современных электронных чернил», — говорит Мейсман. Наиболее реалистичным применением он считает гибкую печатную электронику, где проводящие чернила наносятся на подложки для создания схем и сенсоров.
Источники:Nature CommunicationsНаука и космос4БиотехнологииНаноматериалыэлектропроводность15 сен 10:35
Источник