眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了很多難以處理的廢棄物，給我們的生存環(huán)境造成了很大的影響，現(xiàn)在我們可以利用生物發(fā)電的方法來處理這些廢棄物，你是否非常期待呢？讓我們一探究竟吧。

  密歇根州立大學(xué)的一項(xiàng)發(fā)表在Nature Communications上的最新的研究揭示了桿菌屬的細(xì)菌如何變成電極薄膜并發(fā)電的過程，該過程將被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域來實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。

  比如厚厚的生物膜，各種各樣的微生物明膠發(fā)電機(jī)以及裝有細(xì)胞色素，金屬基蛋白和菌毛，毛狀蛋白細(xì)絲這些均是由密歇根州立大學(xué)微生物學(xué)副教授Gemma Reguera發(fā)現(xiàn)。

  生物膜就好像一個(gè)電網(wǎng)，每一個(gè)細(xì)胞是一個(gè)小的電廠，每個(gè)電廠產(chǎn)生的電被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞色素和菌毛的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的底層電極上。細(xì)胞色素相當(dāng)于城市供電變壓器和塔樓，菌毛相當(dāng)于那些連接電塔，以及遠(yuǎn)離電塔的稀疏但強(qiáng)大的電源線。

  細(xì)胞色素和菌毛一起工作的范圍相對(duì)較窄，一般來說就是第一個(gè)10層細(xì)胞或最接近電極的地方。一方面，隨著越來越多的細(xì)胞在電極上疊加，細(xì)胞色素的轉(zhuǎn)化效率隨著電子載體的減少而降低，另一方面，菌毛完成工作的效率得到提高，即電子放電速度比正常的快1000倍。

  “當(dāng)電廠發(fā)電的時(shí)候，菌毛完成所有工作的第10層后，讓細(xì)胞繼續(xù)在電極上生長(zhǎng)，有時(shí)超過200層細(xì)胞，”Reguera如是說。“首次研究表明了電子如何穿過這么長(zhǎng)距離的生物膜，同時(shí)也說明了菌毛才是真正的電源線。”

  “一旦菌毛漸漸離開，細(xì)胞色素也會(huì)失去傳遞速度，失去了電源線也就意味著生物膜無法繼續(xù)在電極上生長(zhǎng)。”Reguera補(bǔ)充說。

  另外，該系統(tǒng)的方法能夠用來分析細(xì)胞色素的貢獻(xiàn)和檢測(cè)細(xì)胞色素與菌毛之間的互動(dòng)情況，這是該發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。研究人員用遺傳的方法來消除在生物膜、細(xì)胞色素以及導(dǎo)電菌毛鍵電子的載體，并研究了突變對(duì)生物膜的生長(zhǎng)和發(fā)電能力的影響。它們也能構(gòu)成突變體，這種突變體能夠產(chǎn)生菌毛并使本身的導(dǎo)電性降低。

  “我們用突變體使生物膜生長(zhǎng)到一定厚度，并使生物膜具有生電能力，”Reguera 這樣說道。這個(gè)信息給我們我們重建有關(guān)細(xì)胞色素或菌毛的路徑，用于細(xì)胞放電并穿過生物膜，然后到達(dá)底層的電極。

  “我們構(gòu)建的細(xì)胞相當(dāng)于從10層樓高建到15層甚至20層高，這證明細(xì)胞色素的行動(dòng)和菌毛在底部地板具有協(xié)調(diào)一致性，并且說明了必須通過電網(wǎng)導(dǎo)線來釋放電子，”Reguera這樣說道，“那么我們可以建立200層的大樓，這實(shí)際上為充分利用生物膜放電帶來了很大的發(fā)展前景。”

  在自然狀態(tài)下，微生物可以分解廢棄物。Reguera所研究的生物電極對(duì)廢棄物也能夠充分利用且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。與此同時(shí)，該研究正準(zhǔn)備大規(guī)模的試用，主要用來處理工業(yè)生產(chǎn)造成的垃圾。這項(xiàng)研究的下一目標(biāo)就是拓展?jié)撛诘姆止緦⑸镫姌O推向市場(chǎng)。