Les appareils électroniques sont toujours faits de matériaux sans vie. Un jour, cependant, des "cyborgs microbiens" pourraient être utilisés dans les piles à combustible, biocapteurs, ou des bioréacteurs. Les scientifiques de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont créé les conditions préalables nécessaires en développant un système programmable, système biohybride constitué d'un nanocomposite et de la bactérie Shewanella oneidensis qui produit des électrons. Le matériau sert d'échafaudage pour les bactéries et, à la fois, conduit le courant produit par les microbes. Les résultats sont rapportés dans Matériaux et interfaces appliqués ACS .

La bactérie Shewanella oneidensis appartient aux bactéries dites exoélectrogènes. Ces bactéries peuvent produire des électrons dans le processus métabolique et les transporter à l'extérieur de la cellule. Cependant, l'utilisation de ce type d'électricité a toujours été limitée par l'interaction restreinte des organismes et des électrodes. Contrairement aux batteries classiques, le matériau de cette "batterie organique" n'a pas seulement à conduire des électrons vers une électrode, mais aussi de connecter de manière optimale un maximum de bactéries à cette électrode. Jusque là, les matériaux conducteurs dans lesquels les bactéries peuvent être incorporées ont été inefficaces ou il a été impossible de contrôler le courant électrique.

L'équipe du professeur Christof M. Niemeyer a maintenant réussi à développer un nanocomposite qui soutient la croissance des bactéries exoélectrogènes et, à la fois, conduit le courant de manière contrôlée. "Nous avons produit un hydrogel poreux composé de nanotubes de carbone et de nanoparticules de silice entrelacés par des brins d'ADN, " dit Niemeyer. le groupe a ajouté la bactérie Shewanella oneidensis et un milieu nutritif liquide à l'échafaudage. Et cette combinaison de matériaux et de microbes a fonctionné.

"La culture de Shewanella oneidensis dans des matériaux conducteurs démontre que des bactéries exoélectrogènes se déposent sur l'échafaudage, tandis que d'autres bactéries, comme Escherichia coli, restent à la surface de la matrice, " explique le microbiologiste professeur Johannes Gescher. De plus, l'équipe a prouvé que le flux d'électrons augmentait avec un nombre croissant de cellules bactériennes s'installant sur le conducteur, matrice synthétique. Ce composite biohybride est resté stable pendant plusieurs jours et a présenté une activité électrochimique, ce qui confirme que le composite peut conduire efficacement les électrons produits par les bactéries vers une électrode.

Un tel système ne doit pas seulement être conducteur, il doit également être capable de contrôler le processus. Ceci a été réalisé dans l'expérience :pour couper le courant, les chercheurs ont ajouté une enzyme qui coupe les brins d'ADN, à la suite de quoi le composite est décomposé.

"Pour autant que nous sachions, un tel complexe, un matériau biohybride fonctionnel a maintenant été décrit pour la première fois. Tout à fait, nos résultats suggèrent que les applications potentielles de ces matériaux pourraient même s'étendre au-delà des biocapteurs microbiens, bioréacteurs, et les systèmes de piles à combustible, ", souligne Niemeyer.