Doorbraak in biologische elektronica dankzij kabelbacteriën

10-10-2019

Op de bodem van de Noordzee werden kabelbacteriën gevonden die elektriciteit blijken te beheren. Onderzoekers van UAntwerpen, UHasselt en TU Delft identificeerden hun vezelnetwerk wat koperen stroomdraden evenaart op vlak van stroomsterkte en geleiding.

Bacteriën winnen van Edison

Kabelbacteriën bestaan uit duizenden cellen op een rij van ruim een cm lang. Ze werden 5 jaar geleden gevonden op de bodem van de Noordzee. Na jaren onderzoek door biologen, chemici en fysici blijkt dat de bacteriën extreem goed elektriciteit kunnen geleiden. “De resultaten waren verbluffend. We stelden vast dat er een sterke stroom door deze dunne kabelbacterie liep”, meldt prof. Herre van der Zant, natuurkundige aan TU Delft. Al miljoenen jaren voordat Thomas Edison de gloeilamp uitvond, beheersten deze bacteriën al elektriciteit. Hun identificatie zal een grote impact hebben op verdere elektronische ontwikkelingen van de mens. Nogmaals een bewijs dat het behoud van biodiversiteit op verscheidene vlakken essentieel is.   

Microbieel elektrisch metabolisme

De onderzoekers slaagden erin om een enkel filament te isoleren en op elektroden aan te sluiten. Opmerkelijk was dat de stroom meetbaar was in een filament langer dan één cm. “Dit betekent dat de afstand waarover biologisch elektronentransport plaats grijpt, veel groter is dan tot nu toe werd aangenomen. Tot nu toe was het record ongeveer 1 micrometer. Kabelbacteriën hebben een mechanisme gevonden om ladingen efficiënt te transporteren over afstanden van centimeters”, zegt prof. Jean Manca, fysicus aan UHasselt.

Via geavanceerde microscopie zagen de wetenschappers dat de geleiding verloopt via een parallel vezelnetwerk in de celwand van de bacterie. Vervolgens werden de vezels geïsoleerd en ook aangesloten op electroden. Hieruit bleek dat de vezels een extreem hoge stroom aankunnen, die vergelijkbaar is met de stroom door koperdraden bij onze huishoudtoestellen. Bijkomend was de geleidbaarheid ook enorm, met waarden hoger dan 20 S per cm, wat de allernieuwste geleidende polymeermaterialen evenaart.

Biomaterialen in elektronica

Andere biologische materialen zoals eiwitten, koolhydraten, vetten of DNA zijn zeer slecht geleidend. De ontdekking van de geleidende vezels zorgt dus voor tal van nieuwe mogelijkheden om biologische materialen te gebruiken in elektronica. "Het gebruik van biomaterialen in het ontwerpen van elektronica is een actief onderzoeksveld, om bijvoorbeeld te komen tot bio-afbreekbare elektronica. Dat zou het probleem van het elektronisch afval kunnen verminderen en groenere consumentenelektronica mogelijk maken. Of de materialen zouden toegepast kunnen worden in de gezondheidszorg, waar implanteerbare apparaten voor diagnostiek en therapie een bepaalde tijd zouden werken, en dan zouden verdwijnen door resorptie door het lichaam", zegt prof. Filip Meysman, bioloog aan UAntwerpen. "Misschien hebben we binnen enkele jaren medische implantaten of smartphones die uitgerust zijn met minuscule geleidende draden van bacteriële oorsprong."

Lees meer via VRT

Aankomende events

Aankomend event